L’origine delle branchie dei vertebrati

Uno studio dimostra che le branchie di tutti i vertebrati hanno un’origine comune. In precedenza si credeva che quelle dei ciclostomi (i vertebrati odierni più primitivi, senza mandibola e simili ad anguille) e quelle dei pesci si fossero evolute indipendentemente

Le branchie sono comparse una volta sola durante l’evoluzione dei vertebrati. È la conclusione di un articolo pubblicato su Current Biology da ricercatori dell’Università di Cambridge.

Le branchie sono delle strutture respiratorie sostenute da archi di osso o cartilagine chiamati archi faringei. Questi si formano negli embrioni di tutti i vertebrati, noi compresi,  e sono i precursori di diverse strutture. Negli gnatostomi (tutti i vertebrati con mandibola) il primo arco va a formare proprio la mandibola, mentre quasi tutti gli altri danno origine a quelli branchiali nei pesci. Nei primitivi ciclostomi (lamprede e missine), che non hanno una mandibola, tutti gli archi porteranno le branchie (si veda qui per il destino degli archi faringei nell’uomo).

Per lungo tempo si è ritenuto che in pesci e ciclostomi le branchie si fossero evolute indipendentemente. Questa ipotesi derivava da osservazioni che avevano dimostrato come tali strutture si originassero da un diverso tipo di tessuto embrionale nei due gruppi. Nei ciclostomi derivavano dall’endoderma, lo stesso tessuto che dà origine al nostro apparato digerente, mentre in diversi pesci sembravano originarsi dall’ectoderma, il foglietto di cellule più esterno che forma tra le altre cose la pelle ed il sistema nervoso. Esperimenti successivi condotti su alcuni pesci ossei sembravano però fornire risultati contrastanti, rendendo ancor più enigmatica l’origine delle branchie nei pesci.

In questo articolo, i ricercatori dell’Università di Cambridge hanno studiato lo sviluppo delle branchie nella razza, Leucoraja erinacea, appartenente ai condroitti (squali, razze, chimere), i parenti più prossimi dei pesci ossei. Per questo, lo studio di L. erinacea avrebbe potuto fare luce sull’evoluzione delle branchie nell’antenato comune di tutti gli gnatostomi.

Gillis e Tidswell hanno osservato che le branchie nascevano da una regione dell’embrione che esprimeva una proteina prodotta, nella faringe in via di sviluppo, solo dall’endoderma, chiamata Sonic hedgehog.

In più, iniettando uno speciale colorante nella faringe, capace di marcare solo le cellule dell’endoderma, hanno osservato che era proprio da questo tessuto “colorato” che si formavano le branchie.

I risultati presentati in questo articolo dimostrano l’omologia tra le branchie dei ciclostomi e quelle dei pesci. Insieme alle più recenti scoperte paleontologiche, questi dati suggeriscono come le branchie si siano evolute prima della comparsa dell’antenato comune di tutti i vertebrati, facilitando la transizione di questi animali da filtratori immobili a nuotatori attivi e predatori.


Referenza:
Gillis, J. Andrew and Tidswell, Olivia R.A. The Origin of Vertebrate GillsCurrent Biology, 2017 doi: 10.1016/j.cub.2017.01.022

Immagine: Jonathan Bird/Getty