PUBBLICATO
La Tua Orecchia Esterna Era Un Tempo Un Pezzo Di Apparato Respiratorio
Una volta, i nostri lembi del cranio erano branchie.
Se già pensavi che le orecchie fossero strane, stanno per diventare ancora più strane.
Le orecchie dei mammiferi sono piuttosto strane. Per gli esseri umani, sono un po’ antiestetiche, sono fatte di cartilagine ma in qualche modo contengono tre ossa, e diventano più grandi con l’età. Ora, abbiamo un nuovo fatto strano sulle orecchie da aggiungere alla lista: hanno iniziato come branchie.
Le nostre orecchie erano branchie? L’orecchio esterno, specificamente. Questa è la notizia di un nuovo studio della USC Stem Cell che stava indagando sull’origine evolutiva dell’orecchio esterno dei mammiferi. “Quando abbiamo iniziato il progetto, l’origine evolutiva dell’orecchio esterno era una completa scatola nera,” ha detto l’autore corrispondente Gage Crump in una dichiarazione, che è un professore di biologia delle cellule staminali e medicina rigenerativa alla Keck School of Medicine della USC. “Stavamo studiando lo sviluppo e la rigenerazione delle ossa mascellari dei pesci, e un’ispirazione per noi è stato il famoso saggio di Stephen Jay Gould ‘An earful of jaw’, che spiegava come le ossa mascellari dei pesci si siano trasformate nelle ossa dell’orecchio medio dei mammiferi. Questo ci ha fatto chiedere se anche l’orecchio esterno cartilagineo potesse essere sorto da qualche struttura ancestrale dei pesci.”
Le avventure della cartilagine elastica
Tira avanti la tua orecchia e tornerà indietro, grazie alla cartilagine elastica di cui è fatta. La cartilagine elastica è in realtà piuttosto rara come tipo di tessuto, e un indizio cruciale durante le indagini del team è stata la scoperta che anche le branchie sono fatte di cartilagine elastica. Non troviamo branchie nel record fossile, e con buona ragione. Non si mineralizzano, che è un passaggio cruciale nel processo di fossilizzazione, e lo stesso vale per le orecchie. Ciò significa che le prove fossili sono difficili da trovare, ma il team aveva un’altra idea. Hanno adottato un nuovo approccio guidato dal primo autore Mathi Thiruppathy, uno studente di dottorato nel laboratorio di Crump, che si è concentrato su qualcosa chiamato enhancer. Questi sono elementi di controllo genico sotto forma di sequenze di DNA che possono aumentare la trascrizione dei geni, e tendono ad essere specifici per i tessuti.
Enhancer pronti
Incorporando gli enhancer che formano l’orecchio esterno umano nei genomi dei pesci zebra, il team è stato in grado di osservare che erano specificamente attivi nelle branchie dei pesci. Hanno poi capovolto l’esperimento creando topi transgenici con enhancer delle branchie dei pesci zebra nei loro genomi, e hanno visto che erano attivi nell’orecchio esterno dei topi. Come un gioco di snap tra specie, ha rivelato una connessione tra due strutture che a occhio nudo sembrano completamente non correlate.
Hanno continuato le loro avventure con gli enhancer successivamente nei girini, e hanno visto che gli enhancer erano di nuovo attivi nelle branchie. Quando hanno fatto un salto avanti agli anoli verdi, gli enhancer delle branchie si mostravano nel loro canale uditivo. Tracciando il suo progresso, la cartilagine è diventata sempre più complessa fino ad arrivare all’orecchio esterno dei mammiferi.
Dai granchi a ferro di cavallo agli esseri umani
Esattamente quando è iniziato questo viaggio verso l’orecchio è ancora in discussione, ma era stato precedentemente riconosciuto che i granchi a ferro di cavallo hanno tessuti simili alla cartilagine. Il team è stato in grado di isolare un enhancer per questi animali e lo ha inserito nei pesci zebra, ottenendo il sorprendente risultato che era attivo nelle loro branchie. A un impressionante quasi 450 milioni di anni (parlando evolutivamente), questo porta le origini delle branchie elastiche molto più indietro di quanto si pensasse in precedenza. Da antichi invertebrati marini, quel materiale flessibile è arrivato fino ai lati dei nostri volti, e abbiamo un nuovo metodo brillante per la ricerca futura.
“Questo lavoro fornisce un nuovo capitolo all’evoluzione dell’orecchio dei mammiferi,” ha detto Crump. “Mentre l’orecchio medio è sorto dalle ossa mascellari dei pesci, l’orecchio esterno è sorto dalle branchie cartilaginee. Confrontando come gli stessi elementi di controllo genico possono guidare lo sviluppo delle branchie e delle orecchie esterne, gli scienziati introducono un nuovo metodo per rivelare come le strutture possono cambiare drasticamente durante l’evoluzione per svolgere nuove e inaspettate funzioni.”
Lo studio è pubblicato sulla rivista Nature.