Le nostre orecchie derivano dalle branchie dei pesci, diventate così per effetto dí milioni di anni di evoluzione

Le nostre orecchie derivano dalle branchie dei pesci. Sono diventate così per effetto dí milioni di anni di evoluzione.

Due studi indipendenti ma complementari rivelano dettagli sorprendenti sulla composizione delle orecchie esterne e su come si sono evolute. Uno studio su Science rivela che le orecchie esterne dei mammiferi, e altre parti del corpo, sono ricche di una forma insolita di cartilagine che è piena di lipidi e mostra una maggiore flessibilità.
Sul fronte evolutivo, un articolo su Nature scopre che i circuiti di controllo genetico che modellano le orecchie esterne dei mammiferi potrebbero essere discesi da circuiti simili nelle branchie dei pesci .

Scrive Mitch Leslie su Science che il biologo dello sviluppo e delle cellule staminali Maksim Plikus dell’Università della California e i colleghi si sono imbattuti nella nuova cartilagine mentre preparavano il tessuto dell’orecchio di un topo per l’esame al microscopio. Dopo aver trattato il tessuto con sostanze chimiche che lo seccano, sono comparsi vuoti rivelatori che di solito indicano che un campione contiene lipidi. Quando hanno guardato più da vicino, hanno notato che la cartilagine dell’orecchio era diversa dalla cartilagine convenzionale. Affollata di cellule piene di lipidi, assomigliava alla pellicola a bolle d’aria. La loro scoperta andava contro la saggezza convenzionale, secondo cui le cellule che producono cartilagine, note come condrociti, contengono pochi lipidi.

Studiando le orecchie dei topi

Il team ha scoperto una quantità maggiore di questa cartilagine ricca di lipidi nel naso, nella laringe e nello sterno del topo. L’hanno anche rilevata nelle orecchie di altri mammiferi, tra cui opossum, pipistrelli ed esseri umani. Tuttavia, manca negli anfibi, nei rettili e negli uccelli, tutti privi di orecchie esterne.

Dopo aver inserito campioni della nuova cartilagine in una macchina che allunga i materiali per misurarne la resistenza, i ricercatori hanno scoperto che era più rigida e più durevole del grasso, ma più flessibile della normale cartilagine del ginocchio e delle costole.

Quando hanno estratto chimicamente i lipidi, è diventata più rigida e più resiliente, più simile alla normale cartilagine, il che indica che i lipidi conferiscono le sue insolite proprietà.

Il consenso nei libri di testo di anatomia è che ci sono tre tipi principali di cartilagine, dice Plikus. “La nostra scoperta ne aggiunge un quarto”. La cartilagine non ortodossa è un buon materiale da costruzione, dice. Una volta che i condrociti ricchi di lipidi sono in posizione, persistono per tutta la vita di un animale, almeno nei roditori, e quindi forniscono stabilità strutturale. E le cellule sono uniformi in termini di dimensioni, quasi come i mattoncini Lego, dice. “Funzionando come mattoncini Lego naturali, [possono] organizzarsi reciprocamente in microstrutture molto intricate”. Nelle orecchie dei pipistrelli, ad esempio, si impilano per formare creste parallele, che possono acuire l’udito degli animali.

Lo studio si innesta con altre ricerche degli ultimi decenni che hanno ampliato la visione dei ricercatori sulla cartilagine, afferma Mary Goldring, biologa della cartilagine presso l’Hospital for Special Surgery. “Abbiamo assistito a un’esplosione di complessità nella cartilagine che non era prevista perché sembra un tessuto molto semplice”.

Il mistero della cartilagine

L’origine delle orecchie esterne dei mammiferi resta un mistero in parte perché la cartilagine di solito non si fossilizza. Durante lo sviluppo embrionale, la cartilagine delle branchie dei pesci e la cartilagine dell’orecchio esterno dei mammiferi derivano dalle stesse cellule. C’è una profonda ragione genetica per questo, come riportano il biologo dello sviluppo J. Gage Crump della University of Southern California e i suoi colleghi nello studio su Nature .

Quando hanno misurato l’attività genica nella cartilagine di pesce zebra e umana, hanno scoperto che i modelli nella cartilagine dell’orecchio umano erano molto simili a quelli nel tessuto branchiale del pesce zebra.

Le branchie dei pesci e la cartilagine dell’orecchio umano condividono anche sequenze di DNA chiave che potenziano l’attività di geni specifici, hanno determinato i ricercatori. Cinque delle 14 sequenze che hanno identificato nella cartilagine dell’orecchio umano si sono verificate nella cartilagine branchiale del pesce zebra. Ma solo una era presente nella cartilagine non branchiale del pesce. Gli scienziati hanno anche dimostrato che almeno alcune di queste sequenze sono intercambiabili tra pesci e mammiferi. Quando hanno ingegnerizzato le versioni umane nel pesce zebra, le sequenze hanno attivato i geni principalmente nelle branchie del pesce. E uno degli attivatori dei geni branchiali del pesce zebra ha stimolato i geni nelle orecchie dei roditori dopo che il team lo ha aggiunto agli embrioni di topo.

Per Crump, i risultati mostrano che per costruire le loro orecchie, i mammiferi arruolano gli stessi circuiti di controllo genetico che consentono ai pesci di costruire le loro branchie.

Crump e colleghi si sono anche chiesti se gli stessi programmi genetici risalgano più indietro nella storia evolutiva. Hanno analizzato il tessuto branchiale dei granchi ferro di cavallo, che sono lontani parenti dei vertebrati. Gli scienziati hanno scoperto che un parente stretto di uno degli attivatori dei geni della cartilagine del pesce zebra operava anche nelle branchie dei granchi. Quando hanno trasferito la versione del granchio negli embrioni di pesce zebra, ha attivato i geni nelle branchie del pesce. “Le nostre orecchie sono potenzialmente il residuo evolutivo della prima cartilagine esistita”, afferma Crump.

“Penso che questo sia un ottimo articolo”, afferma Bhart-Anjan Bhullar, paleontologo e biologo dei vertebrati presso la Yale University. “Mostrano qualcosa di abbastanza nuovo su una struttura che è prominente e importante per gli esseri umani e altri mammiferi”.

E se ulteriori ricerche confermeranno che la cartilagine che è finita nelle branchie dei pesci e nelle orecchie dei mammiferi è nata negli invertebrati, “riscriverebbe la nostra comprensione della storia degli animali”.

Le nuove informazioni sulla cartilagine potrebbero anche aiutare i ricercatori a creare tessuto sostitutivo per parti del corpo danneggiate o usurate, come hanno dimostrato Plikus e colleghi coltivando cellule staminali embrionali umane in strutture contenenti cartilagine simile alla cartilagine del viso e del collo, completa di condrociti carichi di lipidi. “Tali cartilagini umane coltivate in laboratorio possono essere utilizzate plausibilmente in futuro per le riparazioni della cartilagine del viso e del collo”.