Riscritta la storia dell’evoluzione del cervello. Uccelli e mammiferi fecero percorsi diversi

L’analisi di più di 300 milioni di anni di evoluzione del cervello ha riscritto la storia raccontata dalle teorie attuali: la costruzione di cervelli complessi in natura non ha seguito un’unica strada come si pensava, ma uccelli e mammiferi li hanno evoluti in modi differenti e in maniera indipendente, nonostante le molte similarità presenti.

Flessibilità evolutiva finora sconosciuta

È quanto hanno scoperto, con l’aiuto di algoritmi basati sull’Intelligenza Artificiale, due studi pubblicati sulla rivista Science: il primo è coordinato dal Centro per la Biologia Molecolare dell’Università tedesca di Heidelberg e dal Centro Basco Achucarro per le Neuroscienze spagnolo, il secondo dal Vib Center per IA e Biologia Computazionale di Lovanio, in Belgio.

I risultati evidenziano che lo sviluppo del cervello possiede una flessibilità evolutiva finora sconosciuta, e che funzioni cognitive avanzate possono emergere attraverso percorsi genetici e cellulari molto diversi.

La prima ricerca coordinata da Henrik Kaessmann dell’Università di Heidelberg e Fernando García-Moreno del Centro Achucarro mostra che, nonostante uccelli e mammiferi abbiano sviluppato circuiti cerebrali con funzioni simili, il modo in cui questi circuiti si formano durante lo sviluppo embrionale è radicalmente diverso.

“I loro neuroni nascono in luoghi e tempi diversi – afferma García-Moreno – e ciò indica che non derivano da un antenato comune”. Inoltre, i neuroni responsabili dell’elaborazione sensoriale nei due gruppi di animali prendono le istruzioni da geni diversi. Questi fattori dicono che siamo di fronte a un caso di evoluzione convergente, quando cioè specie molto diverse evolvono in maniera indipendente caratteristiche che le portano ad assomigliarsi.

“I nostri dati dimostrano che l’evoluzione ha trovato molteplici soluzioni per costruire cervelli complessi”, aggiunge García-Moreno. “Gli uccelli hanno sviluppato sofisticati circuiti neurali senza seguire lo stesso percorso dei mammiferi. Questo cambia il modo in cui comprendiamo l’evoluzione del cervello”.

La scoperta potrebbe, inoltre, aprire nuove strade per la ricerca sul neurosviluppo: “Solo comprendendo come si forma il cervello – prosegue il ricercatore – sia nel suo sviluppo embrionale che nella sua storia evolutiva, possiamo veramente capire come funziona”.

Algoritmi per lo studio delle cellule

Queste differenze sono state ulteriormente esplorate nel secondo studio, coordinato da Stein Aerts del Vib Center belga. I ricercatori hanno sviluppato algoritmi di IA per confrontare diverse tipi di cellule appartenenti al cervello dell’uomo, del topo e del pollo, coprendo circa 320 milioni di anni di evoluzione.

Per far ciò, hanno compilato un dettagliato atlante cellulare del cervello aviario, concentrandosi sugli ‘interruttori’ genetici che controllano quali geni sono accesi o spenti in ciascuna cellula. Il gruppo ha così scoperto che, mentre alcuni interruttori si sono conservati tra uccelli e mammiferi, tanti altri si sono evoluti in modo molto diverso.

Il metodo utilizzato potrà rivelarsi utile ben al di là della comprensione dell’evoluzione, fornendo uno strumento prezioso per studiare l’impatto delle varianti genomiche su disturbi mentali o cognitivi, e permettendo così di comprendere meglio i meccanismi alla base delle malattie.