La siringe, l’organo che gli uccelli usano per emettere suoni, dall’origine evolutiva sconosciuta, potrebbe essere strettamente “imparentata” con la laringe dei mammiferi. Le due strutture, infatti, condividono un programma di sviluppo simile delle pieghe che permettono l’emissione di suoni (che nel nostro caso prendono il nome di corde vocali), nonostante la siringe non sia una struttura che deriva direttamente dalla laringe.

Si tratterebbe di un caso di omologia profonda: la somiglianza di programmi genetici di sviluppo conservati ma che coinvolgono tessuti embrionali diversi. Il caso più noto di omologia profonda è l’evoluzione dell’occhio: nonostante le differenze nella costruzione di questo organo, troviamo gli stessi geni fondamentali che ne governano lo sviluppo anche in gruppi molto distanti tra loro. Queste le conclusioni di uno studio recentemente pubblicato su Current Biology da un gruppo di ricercatori americani.

Laringe e siringe sono molto diverse

Molti animali, dagli anfibi agli uccelli, agli esseri umani, sono in grado di emettere suoni attraverso strutture che sono simili per proprietà, tipi di cellule e circuiti neuronali coinvolti. A differenza degli uccelli, che non hanno vere e proprie corde vocali, negli altri tetrapodi queste strutture sono situate nella laringe. Si pensa che questa sia derivata da una struttura anatomica valvolare, un lembo di tessuto con funzione di protezione delle vie aeree.

Gli uccelli invece usano la siringe, situata nella giunzione tracheo-bronchiale, cioè alla biforcazione tra trachea e bronchi, inferiormente rispetto alla laringe. Anche gli uccelli hanno una laringe, ma non ha la funzione di emettere suoni. La siringe è formata da cartilagini ad anello entro le quali si trovano pieghe della mucosa che vibrando al passaggio dell’aria, come nel caso della laringe e delle corde vocali, emettono suoni. I ripiegamenti della mucosa all’interno delle cartilagini ad anello sono coordinate da muscoli che, variando la forma, il diametro, ne variano l’emissione sonora.

La siringe presenta una varietà di forme. Nella sua “versione” più semplice, quella per esempio dei tinami, pappagalli, e piccioni, la siringe ha un solo paio di pieghe che vibrando producono suoni. Pinguini anatre e passeri hanno invece due paia di pieghe, una per ciascun bronco, che permettono vocalizzazioni più ricche e complesse.

L’origine della siringe

Anche per via di questa varietà di forme, non si conoscono strutture anatomiche o organi precursori da cui derivi la siringe: sulle sue origini evolutive e sul grado di omologia con la laringe si conosce molto poco. E non sappiamo ancora se era presente nei dinosuari non-aviani, precursori evolutivi degli uccelli.

Ma lo studio pubblicato su Current Biology, che ha analizzato lo sviluppo di questa struttura negli embrioni di pollo e nei topi, evidenzia che la siringe e la laringe dei mammiferi hanno in comune un programma di sviluppo, correlando evolutivamente i due organi.

“Per me, questo è un caso di grande importanza nella storia dell’evoluzione, come la transizione di pinne-arti,” sostiene Julia Clarke della Jackson School of Geoscience dell’Università del Texas, coautrice dello studio. “In un certo senso, è ancora più importante perché la siringe non è un organo modificato con una nuova funzione, ma un organo completamente nuovo con una funzione antica e comune.”

Lo studio evidenzia che lo sviluppo di siringe e laringe è regolato dagli stessi geni fondamentali, nonostante coinvolgano diversi tessuti embrionali. Si può pensare che, in un precursore ancestrale, le vie molecolari di sviluppo della laringe siano state utilizzate, cooptate, da un nuovo tessuto in posizione diversa per formare la siringe. I ricercatori hanno anche notato che alcuni geni espressi nello sviluppo della siringe degli uccelli non sono espressi nello sviluppo della laringe del topo, ma lo sono in quella dell’alligatore. Questo potrebbe suggerire che la siringe si sia sviluppata originariamente negli arcosauri, il gruppo che oggi comprende coccodrilliani e uccelli, e che comprendeva i dinosauri non-aviani.

Lo studio ha anche esaminato lo sviluppo della siringe in diverse specie di uccelli, osservando l’espressione genica negli embrioni di 14 specie diverse, dai pinguini ai pappagallini. È emerso che l’antenato comune degli uccelli moderni probabilmente aveva una siringe con due sorgenti sonore, cioè due paia di pieghe che funzionavano in modo indipendente (la versione più complessa, di cui parlavamo prima). Questo tratto, presente oggi nei passeriformi, permette loro di emettere due suoni distinti contemporaneamente. La ricerca suggerisce che l’antenato comune degli uccelli potesse produrre chiamate altrettanto varie.

In sintesi, i risultati dello studio indicano un’omologia profonda tra la siringe e la laringe, dove i processi di sviluppo esistenti nella laringe sono stati reimpiegati in un antenato degli uccelli, contribuendo allo sviluppo di strutture simili a corde vocali in un tessuto diverso. La cooptazione del programma genetico di questo antenato ancestrale è quindi alla base di un’importante transizione morfologica, mentre i cambiamenti successivi in questa rete di regolazione hanno generato la diversità delle siringi negli uccelli viventi.

Un programma di sviluppo comune che dalla laringe dei tetrapodi avrebbe cambiato sede anatomica e formato un nuovo organo con funzione antica e poi, negli uccelli moderni, avrebbe generato la varietà di suoni e di vocalizzazioni che possiamo sentire. Dai mammiferi agli uccelli, uno stesso “libretto di istruzioni” percorre la storia evolutiva e genera nuove forme e nuovi suoni.

Riferimenti:

Longtine, C., Eliason, C. M., Mishkind, D., Lee, C., Chiappone, M., Goller, F., …Tabin, C. J. (2024). Homology and the evolution of vocal folds in the novel avian voice box. Current Biology, 34(3), 461–472.e7. doi: 10.1016/j.cub.2023.12.013

Immagine in apertura: di Michael Chiappone, via Eurekalert

Una versione di questo articolo è stata pubblicata originariamente sul canale Substack dell’autore