Serpenti a schiena dritta

Contrariamente a quanto si è sempre ritenuto, la colonna vertebrale degli ofidi (serpenti) non è anatomicamente più semplice di quella degli altri rettili o dei mammiferi. Le varie parti anatomiche della loro colonna vertebrale corrispondono inoltre alle aree di espressione di geni omologhi ai geni Hox, che nel resto dei vertebrati amnioti differenziano il corpo in collo torace addome e zona sacrale



L’apparenza del tipico serpente è quella di un grosso verme, con un corpo sempre uguale a se stesso in ogni punto dal quale a stento si riesce a distinguere una testa. Bisogna osservarne l’interno per trovare tutti gli organi e gli apparati che lo caratterizzano come un vertebrato e vedere che, come ogni vertebrato, ha una colonna vertebrale (anche se fornita di vertebre numerose e sottili che contribuiscono alla flessibilità del suo corpo) e una cassa toracica (è la contrazione ritmica dei muscoli fra le costole che permette ai serpenti di muoversi, strisciando, anche se privi di zampe).

Tornare indietro per andare avanti
L’ipotesi più accreditata finora su come il sottordine Serpentes abbia potuto evolvere un corpo così indifferenziato e caratteristico rispetto al vertebrato ‘tipo’, prevedeva la perdita delle zampe, prima, e in seguito la scomparsa delle specializzazioni, in senso antero-posteriore, delle varie parti del tronco a partire da antenati simili a lucertole e muniti di arti. Una delle incomprensioni più diffuse riguardo alla teoria dell’evoluzione, fra i non esperti, è l’idea che il processo evolutivo porti sempre da strutture più semplici e rozze ad altre progressivamente più complesse. In generale, questo non è affatto il meccanismo mediante cui agisce l’evoluzione ed esistono numerose testimonianze di forme di vita complesse evolutesi in altre più semplici se questo garantiva loro migliori probabilità di sopravvivenza. Sembrava logico quindi supporre che anche nel caso del corpo dei serpenti fosse avvenuto qualcosa di simile, con le vertebre ritornate ad uno stato indifferenziato, ognuna simile alla successiva. Ma una recente ricerca, pubblicata in forma di lettera sulla rivista Nature, sembra indicare che nel particolare caso dei serpenti le cose non siano andate proprio in questo modo, o almeno non del tutto.

Anatomia e statistica
Jason J. Head P. David Polly, delle università delle università del Nebraska e dell’Indiana, hanno misurato 12 tratti caratteristici nell’anatomia delle vertebre in serpenti e lucertole (che costituiscono insieme l’ordine Squamata) nonché in quelle di rettili non appartenenti agli squamati e in vari mammiferi. Eseguendo un’analisi statistica chiamata analisi della regressione segmentata, i ricercatori hanno potuto stabilire che anche nella colonna vertebrale dei serpenti è altamente probabile l’esistenza di quattro regioni anatomiche distinte. Gli autori della ricerca hanno poi calcolato un valore per la variazione delle vertebre fra diverse parti del corpo all’interno di una stessa specie e confrontato questi valori fra diversi gruppi tassonomici; Il valore ottenuto per gli squamati è risultato significativamente inferiore a quello degli altri vertebrati amnioti, ma all’interno dell’ordine il valore per le lucertole è risultato solo di poco superiore (e in modo non significativo) rispetto a quello dei serpenti: le vertebre delle lucertole, che pure non hanno mai perso le loro zampe, non sono quindi molto più differenziate di quelle di un serpente.

Conferme genetiche
I ricercatori hanno anche potuto stabilire che le quattro regioni anatomiche individuate nella colonna vertebrale dei serpenti corrispondono alle aree di espressione, nella versione propria di questo sottordine, dei geni del gruppo Hox. Nei vertebrati questi geni sono ampiamente noti per guidare, durante lo sviluppo, la corretta formazione del corpo secondo l’asse antero-posteriore; nelle specie in cui il tronco appare chiaramente diviso in quattro aree anatomiche l’espressione di un gene Hox è spesso sostituita da quella di uno successivo a livello del disco intervertebrale che delimita queste aree, o a livello della vertebra adiacente. Nei serpenti, tanto la transizione anatomica che quella genetica fra le quattro aree appare un po’ più sfumata, con zone di transizione dove le vertebre hanno caratteristiche intermedie tra quelle delle due aree anatomiche adiacenti e l’espressione dei geni Hox si sovrappone. Ma questa caratteristica sembra più un guadagno in complessità, dovuto al peculiare modo di muoversi degli ofidi, piuttosto che una perdita di funzionalità.

Chi guadagna, chi perde
Forti dei loro dati, gli autori della ricerca hanno ipotizzato uno scenario evolutivo in cui i geni Hox si sarebbero formati per dirigere, negli antenati comuni a tutti i vertebrati amnioti moderni, lo sviluppo coordinato antero-posteriore della colonna vertebrale necessario per sostenere la locomozione terrestre. Ma questi stessi geni avrebbero avuto scarsi effetti sugli assi dorso-ventrale e latero-laterale di questi antenati comuni, che avrebbero avuto un corpo poco differenziato, simile a quello delle attuali lucertole. Solo in un secondo momento nei rettili non squamati, e in seguito nei mammiferi, i geni Hox sarebbero stati cooptati per dirigere anche lo sviluppo di parti del tronco lontane dalla colonna vertebrale portando alla netta differenziazione delle quattro sezioni anatomiche. Con la perdita degli arti, e dei relativi cinti scapolare e pelvico, i serpenti si sarebbero invece liberati dei vincoli strutturali legati alla locomozione a quattro zampe, portando all’evoluzione della loro colonna vertebrale con vertebre più numerose e divisioni più sfumate, flessibile e adatta alla loro peculiare forma di locomozione. Strade differenti, ma entrambe verso la complessità, per chi ancora vede i serpenti solo come dei grossi vermi.

 

Riferimenti:
Head JJ, Polly PD. Evolution of the snake body form reveals homoplasy in amniote Hox gene function. Nature. 2015 Jan 5. doi: 10.1038/nature14042.

Credit image: Craig Chandler, Angie Fox, Jason Head, University of Nebraska-Lincoln