I geni si “esprimono” sull’origine del becco

Due vie regolatorie dell’espressione genica hanno portato alla formazione del becco negli uccelli

La classe Aves deriva dal gruppo dei dinosauri saurischi (linea di rettili diapsidi carnivori con specializzazione nel bipedismo). La ricerca della leggerezza del corpo, mediante ad esempio ossa mineralizzate e pneumatiche e l’evoluzione di penne asimmetriche per l’adattamento al volo, così come il becco, sono alcune delle principali innovazioni anatomiche che caratterizzano questi animali e li rendono, ad oggi, il gruppo di vertebrati terrestri di maggior successo ecologico.

In particolare, le loro capacità di espandersi e sopravvivere in quasi tutti gli habitat sono in parte legate alla differenziazione del becco. La miriade di forme del rostro sono state effettivamente rimodellate a lungo dalla selezione naturale. Il becco è infatti una struttura a sé stante, sia in termini funzionali che di sviluppo, rispetto al resto del cranio, e si identifica come la parte esterna cornea della bocca degli uccelli. L’utilizzo che ne fanno questi animali è generalmente legato all’alimentazione, alla cura del piumaggio e alle interazioni sociali tra conspecifici. Anatomicamente, due parti contraddistinguono il becco: una superiore detta mascella e una inferiore detta mandibola. La mascella, o rinoteca, si compone di due piccole ossa fuse e allungate dette premascellari che derivano filogeneticamente dalla punta del muso nei rettili ancestrali (si veda immagine in alto). Negli uccelli, si mantengono le due ossa premascellari ma buona parte del muso è troncata diversamente dagli arcosauri. Tali strutture ossee si originano dalla cresta neurale, in una regione centrale della faccia dell’embrione (prominenza fronto-nasale). 

Pochi studi si sono focalizzati sull’evoluzione della struttura scheletrica del becco degli uccelli. Infatti, una questione ancora poco chiara è come il rostro si sia sviluppato a partire da progenitori di cui ne erano privi e quali sono i geni coinvolti in tale processo. A tal proposito, il lavoro di Bhullar e colleghi, pubblicato sulla rivista Evolution, ha messo in luce che lo sviluppo embrionale del becco è determinato dall’espressione di due geni che sono presenti anche in vertebrati che ne sono privi. I responsabili sono entrambi espressi nella prominenza fronto-nasale e regolano due vie di segnale specifiche (le vie di segnale WNT e FEZ, composta da due domini: Fgf8 e Shh), che determinano lo sviluppo delle ossa premascellari nello stadio embrionale. Nei vertebrati terrestri, Fgf8 e WNT sono generalmente espressi nella regione destra e sinistra del cavo nasale, e hanno la funzione di modulare la differenziazione e lo sviluppo delle cellule. Tuttavia negli uccelli, l’espressione di tali geni è presente anche al centro del muso, facendo sì che le due regioni si fondano per formare un’unica centrale struttura scheletrica, ovvero l’impalcatura del becco.

I ricercatori si sono spinti oltre. Infatti, grazie all’utilizzo delle informazioni fossili come guida, i ricercatori hanno fatto ‘regredire’ allo stato ancestrale lo sviluppo della regione cefalica di embrioni di pollo, rendendola con muso e palato simili a quelli dei loro antenati dinosauri piumati, replicando quindi in laboratorio le prime fasi dell’evoluzione del becco degli uccelli. Sebbene manchino ancora diversi dettagli sulla nostra comprensione dell’origine del becco, questo studio ha portato fondamentali nuove conoscenze sui meccanismi evolutivi alla base di questa innovazione chiave che ha permesso agli uccelli di colonizzare le più disparate nicchie ecologiche.


Riferimenti:
Bhullar B.A.S., Morris Z.S., Sefton E.M., Tok A., Tokita M.,Naamkoong B.,  Camacho J., Burnham D.A. and Abzhanov A. (2015). A molecular mechanism for the origin of a key evolutionary innovation, the bird beak and palate, revealed by an integrative approach to major transitions in vertebrate history. Evolution 69:1665–1677.

Immagine: Bhullar et al. Evolution 69:1665–1677