I ricercatori hanno individuato il gene chiave che ha contribuito allo sviluppo delle piume. Ecco come sono nati gli uccelli.
Le piume sono tra le strutture cutanee più complesse del regno animale e svolgono un ruolo essenziale nella termoregolazione, nel volo e nella comunicazione dei volatili. La loro origine evolutiva è stata oggetto di dibattito per lungo tempo, ma recenti studi paleontologici e di biologia dello sviluppo suggeriscono che le piume derivino da semplici strutture chiamate proto-piume.
Queste primitive appendici, costituite da un singolo filamento tubolare, sono comparse circa 200 milioni di anni fa in alcuni dinosauri e potrebbero essersi sviluppate ancora prima nel comune antenato dei dinosauri e degli pterosauri, circa 240 milioni di anni fa.
A differenza delle piume moderne, le proto-piume erano prive di barbule e follicoli alla loro base. La loro comparsa rappresenta una tappa chiave nell’evoluzione delle piume, inizialmente fornendo isolamento termico e ornamenti visivi. Successivamente, sotto la pressione della selezione naturale, queste strutture si sono modificate fino a dare origine a piume più complesse, capaci di sostenere il volo.
Uno studio condotto da due ricercatori dell’Università di Ginevra (UNIGE) e pubblicato su PLOS Biology ha analizzato il ruolo della via di segnalazione molecolare Sonic Hedgehog (Shh) nello sviluppo embrionale delle piume nei polli. La via Shh è un sistema di comunicazione cellulare che regola lo sviluppo di strutture cutanee come scaglie, peli e piume nei vertebrati moderni. In uno studio precedente, il team di Michel Milinkovitch ha stimolato questa via in embrioni di pollo, iniettando una molecola attivatrice nei vasi sanguigni. Il risultato è stata una trasformazione completa e permanente delle scaglie dei piedi in piume.
Un nuovo tipo di esperimento
Per comprendere meglio il ruolo della via Shh, i ricercatori hanno condotto un nuovo esperimento bloccandone l’attività nel nono giorno di sviluppo embrionale, poco prima della formazione delle gemme piumate sulle ali. Il risultato è stato la crescita di strutture non ramificate e prive di follicolo, simili alle prime fasi ipotizzate delle proto-piume dei dinosauri.
Tuttavia, già dal quattordicesimo giorno di sviluppo, il processo morfogenetico delle piume si è parzialmente ripreso. Alla nascita, i pulcini presentavano alcune aree di pelle nuda, ma i follicoli dormienti sotto la pelle si sono riattivati autonomamente, portando infine alla formazione di un piumaggio normale.
I risultati della ricerca
Questi esperimenti dimostrano che, mentre una perturbazione temporanea nello sviluppo delle scaglie può trasformarle permanentemente in piume, interrompere lo sviluppo delle piume stesse è molto più difficile. Secondo Milinkovitch, questo indica che nel corso dell’evoluzione il network di geni coinvolti nella formazione delle piume è diventato estremamente robusto, garantendo uno sviluppo corretto anche in presenza di perturbazioni genetiche o ambientali.
Lo studio suggerisce che il sistema genetico che regola la crescita delle piume ha raggiunto un alto grado di stabilità, rendendo improbabili regressioni verso forme più primitive. La grande sfida ora è comprendere come queste interazioni genetiche si siano evolute per consentire l’emergere di novità morfologiche come le proto-piume. La ricerca non solo fornisce nuove informazioni sull’evoluzione delle piume, ma apre anche la strada a una comprensione più approfondita dei meccanismi che guidano l’innovazione morfologica nel regno animale.