Non solo geni. Il segreto delle squame di coccodrillo

Le infinite forme bellissime con cui Darwin conclude L’origine delle specie sono un’immagine estremamente evocativa non solo della meravigliosa complessità della natura ma anche del senso di stupore dello scienziato che ne ha intuito un meccanismo fondamentale come quello dell’evoluzione. Nel 2005, Sean B. Carroll sceglie questa immagine come titolo del suo libro divulgativo sull’Evo-Devo; una scelta felice, che sottolinea



Le infinite forme bellissime con cui Darwin conclude L’origine delle specie sono un’immagine estremamente evocativa non solo della meravigliosa complessità della natura ma anche del senso di stupore dello scienziato che ne ha intuito un meccanismo fondamentale come quello dell’evoluzione. Nel 2005, Sean B. Carroll sceglie questa immagine come titolo del suo libro divulgativo sull’Evo-Devo; una scelta felice, che sottolinea l’importanza del concetto di forma nella giovane disciplina che negli ultimi vent’anni ha riunito, dopo parecchio tempo, ontogenesi e filogenesi, e dato nuovo impulso alla biologia evolutiva.

Proprio di evoluzione e sviluppo delle forme si parla in un articolo pubblicato su Science da un gruppo di scienziati svizzeri, belgi e francesi, che hanno studiato i processi di formazione delle squame che ricoprono muso e mandibole dei coccodrilli.

Per capire i motivi di interesse in un simile argomento, è bene fare un passo indietro. Le squame dei rettili sono formazioni cutanee di origine epidermica come le piume degli uccelli e i peli dei mammiferi. Non è ancora ben chiaro se queste diverse strutture siano omologhe fra di loro o siano piuttosto il frutto di un’evoluzione convergente. Quel che è certo è che nei mammiferi e negli uccelli, così come nei serpenti e nelle lucertole, queste “appendici epidermiche” derivano da singoli gruppi di cellule chiamati unità di sviluppo, o primordium, identificabili già nell’embrione e caratterizzate da uno specifico profilo genico. Nei coccodrilli, però, la questione sembra essere più complessa: mentre le squame che ricoprono il corpo sono simili a quelle degli altri rettili, quelle che rivestono muso e mandibole sono irregolari e asimmetriche, con una distribuzione apparentemente casuale. Questa differenza è stata lo spunto su cui il team svizzero-franco-belga ha impostato la propria ricerca.

Combinando tecniche di biologia dello sviluppo con modelli geometrici tridimensionali ad alta risoluzione, i ricercatori hanno scoperto che queste squame sono il risultato di un processo di spaccatura dello strato epidermico in diversi poligoni e non, come accade in altri animali, di un meccanismo di sviluppo geneticamente determinato. Tali fratture sarebbero generate dallo stress meccanico dovuto alla rapida crescita dello scheletro facciale embrionale che incontra la resistenza di una pelle estremamente cheratinizzata e rigida. “È un fenomeno ben conosciuto in fisica ma finora assente dalla biologia” ha detto in un’intervista sullo stesso numero di Science il primo firmatario del lavoro, Michel Milinkovitch, del Dipartimento di Genetica ed Evoluzione di Ginevra. “Esempi familiari di questo processo sono le crepe nel fango secco o nella ceramica […]. Il pattern che ne deriva è casuale perché l’esatta posizione delle singole crepe non può essere predetta.”

Insomma, essendo generate da un processo puramente fisico e non geneticamente determinato, le squame facciali dei coccodrilli non solo sono diverse da quelle di serpenti e lucertole, ma anche da quelle che rivestono il resto del corpo dei coccodrilli stessi. Ovviamente ciò non significa che la componente genetica sia irrilevante; essa infatti gioca un ruolo in molti dei fattori coinvolti nella formazione delle squame – variazioni specie-specifiche dello spessore della pelle, geometria del cranio, proliferazione dello scheletro facciale – ma il lavoro di Milinkovitch e colleghi rappresenta un’ulteriore prova dell’importante contributo che i meccanismi fisici di auto-organizzazione possono dare alla produzione della grande diversità di forme dei viventi.

Michele Bellone


Riferimenti:
Michel C. Milinkovitch, Liana Manukyan, Adrien Debry, Nicolas Di-Poï, Samuel Martin, Daljit Singh, Dominique Lambert, Matthias Zwicker. Crocodile Head Scales Are Not Developmental Units But Emerge from Physical Cracking. Science. Published Online November 29 2012 DOI: 10.1126/science.1226265

Immagine:

Credit: Michel C. Milinkovitch and Adrien Debry