Un pesce “camminatore” come organismo modello per gli studi sull’evoluzione

Una specie di pesce “camminatore” è un eccellente organismo modello per gli studi comparativi evolutivi. I risultati di due recenti ricerche.
Prionotus carolinus, un pesce della famiglia dei triglidi, possiede appendici simili a zampe che gli permettono non solo di “camminare” sul fondo dell’oceano, ma anche di percepire prede sepolte grazie a strutture simili a papille gustative. Lo sviluppo di queste appendici è controllato da meccanismi molecolari che ritroviamo anche in altri animali, compreso l’essere umano.
Questi pesci possono essere quindi usati come “organismo modello” per confrontare tratti specializzati e per insegnarci come l’evoluzione consente l’adattamento ad ambienti specifici.
Ed è proprio quello che ha fatto recentemente un gruppo internazionale guidato da ricercatori di Stanford e Harvard, guadagnandosi due pubblicazioni sulla rivista Current Biology, nonché la copertina di Ottobre. Uno degli studi è stato dedicato a come utilizzano le loro “zampe”, l’altro ai geni che controllano l’emergere di tali strutture.
Ma… zampe o pinne?
Le “zampe”, in realtà, non sono altro che estensioni delle pinne pettorali, appendici sensibili a stimoli meccanici e chimici che i P. carolinus utilizzano come veri e propri organi di senso (sono definite “zampe sensoriali”) per sondare e scavare il fondo oceanico lì dove percepiscono una preda sepolta.
Ѐ stata studiata anche una specie affine, P. evolans, che oltre ad avere zampe di forma diversa che non permettono di scavare, sono anche prive di papille, quindi principalmente utilizzate per la locomozione. Inoltre, la specie carolinus è presente solo in poche località, e si pensa quindi che comparsa delle nuove caratteristiche sia relativamente recente.
Il ruolo del fattore di trascrizione tbx3a
Per le analisi genetiche è stata coinvolta anche la fisica italiana Agnese Seminara e la biologa Maude Baldwin dell’Istituto Max Planck in Germania, e dai risultati è emerso che il tbx3a, un antico fattore di trascrizione, membro di una famiglia fattori di trascrizione evolutivamente conservati, è un elemento chiave per la formazione delle “zampe” di carolinus (in sua assenza i raggi di queste appendici diventano più simili alle pinne dalle quali si estendono), per la formazione delle papille sensoriali e per la creazione di un sistema nervoso centrale di grandi dimensioni.
Il gene che codifica per tbx3a è presente anche nella specie evolans e svolge un ruolo equivalente per quanto riguarda la formazione delle zampe, tuttavia le differenze strutturali sono sostanziali.

Differenze strutturali delle zampe nelle due specie. Dalla pubblicazione
Tbx3a è presente in molti vertebrati tra cui umani, topi, polli e altre specie di pesci “non camminatori”, ed è coinvolto allo stesso modo nello sviluppo degli arti o appendici. Ad esempio, gli esseri umani eterozigoti per mutazioni del gene, presentano alterazioni scheletriche specifiche degli arti superiori ed è interessante come nell’essere umano sia coinvolto nel normale sviluppo dei tessuti scheletrici e molli.
Ma qual è il legame evolutivo tra le caratteristiche osservate in carolinus e quelle nei vertebrati, dovute a tbx3a?
C’è la possibilità che il gene si sia conservato lungo il lignaggio di questa specie rispetto ad altre specie di pesci senza “zampe”, consentendo così la formazione delle specializzazioni.
Probabilmente hanno poi contribuito nel corso del tempo cambiamenti specifici nella sequenza aminoacidica, che hanno portato a nuovi programmi di espressione genica, o forse si sono evoluti nuovi geni bersaglio che rispondono diversamente a tbx3a e sono coinvolti nell’espressione dei nuovi tratti.
Saranno necessarie ulteriori analisi genetiche, ma intanto i risultati ottenuti fanno pesce un organismo modello per studiare l’evoluzione di nuove caratteristiche in altre specie.
Riferimenti:
Herbert, A. L., Allard, C. A. H., McCoy, M. J., Wucherpfennig, J. I., Krueger, S. P., Chen, H. I., …Kingsley, D. M. (2024). Ancient developmental genes underlie evolutionary novelties in walking fish. Curr. Biol., 34(19), 4339–4348.e6. doi: 10.1016/j.cub.2024.08.042
Allard, C. A. H., Herbert, A. L., Krueger, S. P., Liang, Q., Walsh, B. L., Rhyne, A. L., …Bellono, N. W. (2024). Evolution of novel sensory organs in fish with legs. Curr. Biol., 34(19), 4349–4356.e7. doi: 10.1016/j.cub.2024.08.014
Immagine: Copertina Current Biology di Ottobre, foto di Mike Jones

Laureata in Scienze Biologiche presso l’Università degli studi Roma Tre, proseguo nella stessa università con il corso di laurea magistrale in Biologia Molecolare, Cellulare e della Salute. Durante la stesura della tesi triennale che ha come argomento l’evoluzione umana, mi appassiono al tema e ne voglio sapere di più, e, se possibile, scriverne. Amo la scienza, la natura, l’arte, la scrittura.