Lo sviluppo embrionale di tutti i vertebrati non mammiferi dipende esclusivamente dalle risorse contenute nell’uovo, situate prevalentemente nel tuorlo. I mammiferi euteri (Eutheria), a cui appartene anche la nostra specie, al contrario, hanno evoluto un differente pattern di sviluppo, basato sulla presenza della placenta, che consente gli scambi di sostanze tra la madre e l’embrione. In queste specie, dopo la nascita, avviene l’allattamento, grazie alla presenza delle le ghiandole mammarie, specifici organi adibiti a questa funzione.
 
In verità, esistono tappe intermedie nel passaggio da vertebrati ovipari a mammiferi placentati, rappresentate dai mammiferi monotremi (Prototheria), di cui oggi rimangono solo l’ornitorinco (Ornithorhynchus anatinus) e i tachiglossidi (gli echidna), e dai mammiferi marsupiali (Metatheria). Entrambi questi gruppi tassonomici costituiscono un gradino di avvicinamento verso il totale abbandono dell’uovo per l’embriogenesi e verso il conseguente passaggio alla viviparità. I monotremi, infatti, producono ancora uova ma, a differenza di pesci, anfibi, rettili e uccelli, allattano la prole grazie alla presenza di alcune piccole ghiandole situate alla base dei peli. Lo sviluppo dei marsupiali invece avviene inizialmente all’interno del corpo materno come negli euteri, ma la gestazione è di breve durata a causa della scarsa funzionalità della placenta, ancora assimilabile ad un sacco vitellino. Il proseguo dello sviluppo si svolge pertanto in una tasca addominale (il marsupio), dove i piccoli vengono allattati e protetti fino alla maturità.

Ma quali sono stati i cambiamenti a livello di DNA che hanno portato i mammiferi a diventare totalmente indipendenti dalla presenza del tuorlo e delle sue proteine fondamentali per lo sviluppo? E quando sono avvenute le  mutazioni delle sequenze geniche che l’hanno reso possibile? Queste sono le domande cui ha cercato di rispondere un gruppo di ricercatori dell’Università di Losanna.
 
Dato che la vitellogenina rappresenta una proteina fondamentale del tuorlo e, grazie al suo alto contenuto energetico è particolarmente importante per l’embriogenesi delle specie ovipare, i ricercatori hanno indagato in che modo  l’evoluzione dei mammiferi sia stata condizionata dalla produzione di questa macromolecola. Utilizzando come riferimento le tre coppie di geni codificanti vitellogenina (geni VIT) nel pollo (Gallus gallus), hanno cercato di individuarne di omologhi, funzionanti o no, nelle tre sottoclassi di mammiferi (monotremi, marsupiali e placentati).

I risultati, pubblicati su PLoS Biology, indicano che sia nei placentati che nei marsupiali nessuna delle tre copie dei geni VIT risulta ormai funzionante, mentre nei monotremi è presente una copia residua ancora in grado di produrre vitellogenina. Questo spiegherebbe perchè echidna e ornitorinco sono ancora in grado di deporre uova, ma anche perchè il contenuto relativo di tuorlo in queste specie è decisamente inferiore a quello di tutte le altre ovipare. I dati dimostrano che le varie copie funzionanti dei geni VIT sono andate perdute, in seguito a mutazioni nella sequenza di DNA codificante, in modo progressivo durante l’evoluzione dei mammiferi. Secondo la stima effettuata l’ultima copia residua sarebbe stata resa non funzionale nel periodo compreso tra 70 e 30 milioni di anni fa.

Il nutrimento venuto meno con la perdita del tuorlo doveva però essere sostituito in altro modo: ecco che, man mano che andavano perduti i geni della vitellogenina, acquistavano sempre più importanza quelli della caseina, una delle principali proteine del latte. La caseina è una molecola che si lega al calcio, elemento fondamentale per la crescita degli embrioni, anche quelli che si sviluppano nelle uova, quindi non stupisce che possa essersi evoluta in un antenato oviparo. Infatti, i ricercatori hanno individuato tre geni che codificano questa proeteina già nel genoma dell’ornitorinco, oltre che in tutti i marsupiali e placentati analizzati. Si può quindi pensare che questa proteina sia comparsa in un antenato comune a tutti i mammiferi, prima della suddivisione nei diversi sottogruppi, avvenuta intorno a 180 milioni di anni fa.

La comparsa dell’allattamento nell’antenato comune di tutti i mammiferi prima, l’evoluzione della placenta sia negli euteri che nei marsupiali poi hanno consentito la graduale perdita del tuorlo, svincolando i mammiferi dalla totale dipendenza dall’uovo per un corretto sviluppo embrionale.

L’articolo “Loss of Egg Yolk Genes in Mammals and the Origin of Lactation and Placentation” è disponibile online.

Andrea Romano

Fonte dell’immagine: Wikimedia Commons

Andrea Romano

Ecologo e docente di Etologia e Comportamento Animale presso il Dipartimento di Scienze e Politiche Ambientali dell’Università di Milano. Ha scritto di animali ed evoluzione su Le Scienze, Mente e Cervello, Oggiscienza e Focus D&R . Collabora con Pikaia, di cui è stato caporedattore dal lontano 2007 al 2020.