La colonna vertebrale dei mammiferi è unica

12 Settembre 2019
Un nuovo studio stabilisce che la colonna vertebrale dei mammiferi è l'elemento che li distingue dai rettili e che aiuta a comprendere meglio le caratteristiche specifiche di questa classe a cui anche noi apparteniamo.

La colonna vertebrale dei mammiferi rende questa specie unica in molti sensi. Parliamo di animali dal sangue caldo e agili rispetto ai loro parenti rettili, ma che presentano anche un’altra differenza. Le ricercatrici Stephanie Pierce e Katrina Jones, dell’Università di Harvard, hanno suggerito che i mammiferi sono unici anche per un altro aspetto: la struttura della loro colonna vertebrale. La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Science.

Secondo la Pierce, la colonna vertebrale dei mammiferi è come una serie di grani in una corda, e ogni grano rappresenta un solo osso, una vertebra. «Nella maggior parte degli animali a quattro zampe, come le lucertole, le vertebre sono uguali e funzionano tutte allo stesso modo», commenta la ricercatrice.

Tuttavia, la spina dorsale dei mammiferi è diversa. Le varie sezioni o regioni della colonna vertebrale, come il collo, il torace e la parte inferiore della schiena adottano forme molto diverse tra loro. Funzionano separatamente e, pertanto, possono adattarsi a variegate forme di vita, come correre, volare, scavare o scalare.

La colonna vertebrale dei mammiferi è specializzata

Sebbene la spina dorsale dei mammiferi sia specializzata, si pensava che le zone sottostanti fossero antiche e risalissero ai primi animali terrestri. Si pensava che i mammiferi sfruttassero al massimo i piani anatomici esistenti. Tuttavia, il nuovo studio mette in discussione questa idea in seguito all’analisi del registro fossile.

«Al giorno d’oggi nessun animale vivente registra la transizione da un antenato ‘simile a una lucertola’ a un mammifero», dice la Jones. Per studiare tale evoluzione è necessario immergersi nel registro fossile e analizzare gli estinti precursori dei mammiferi, i sinapsidi non mammiferi. Questi ultimi sono la chiave per comprendere l’origine delle caratteristiche specifiche dei mammiferi, inclusa la colonna vertebrale.

Rappresentazione dell'edaphosaurus
Fonte: Museo di Zoologia Comparata dell’Università di Harvard

Ricostruzione dell’Edaphosaurus, un antenato mammifero primitivo; le sue lunghe vertebre formano una vela sulla schiena.

Ma studiare i fossili non è facile. La Jone dichiara che i fossili necessari per il loro studio sono scarsi e che trovare animali estinti con più di 25 vertebre al loro posto è incredibilmente raro. Per aggirare il problema, le ricercatrici hanno riunito le collezioni di musei di tutto il mondo per analizzare i fossili di animali meglio conservati vissuti circa 320 milioni di anni fa.

Un precoce cambiamento nella colonna vertebrale dei mammiferi è stato il primo passo importante nella loro evoluzione. Con il tempo, tali modifiche hanno permesso ai mammiferi di trasformarsi nelle innumerevoli specie che conosciamo oggi.

Evoluzione della spina dorsale nei mammiferi

Il team di ricerca ha esaminato le colonne vertebrali fossili, insieme a più di 1000 vertebre di animali vivi, compresi topi, caimani, lucertole e anfibi. Lo scopo era quello di verificare se le regioni vertebrali dei mammiferi erano così antiche come si pensava o se invece presentano caratteristiche uniche.

«Se le regioni vertebrali fossero rimaste invariate durante il corso dell’evoluzione, come si era ipotizzato, nei sinapsidi non mammiferi avremmo dovuto trovare le stesse regioni presenti nei mammiferi di oggi», dice la Pierce. Ma non sembra essere così.

Quando le ricercatrici hanno confrontato la posizione e la forma delle vertebre, hanno scoperto un dato sorprendente. La colonna vertebrale dei mammiferi si è estesa a nuove regioni durante l’evoluzione. I primi sinapsidi non mammiferi presentavano dunque meno regioni vertebrali degli attuali mammiferi.

Colonna vertebrale degli sinapsidi

Circa 250 milioni di anni fa una nuova regione si è evoluta vicino alle spalle e alle zampe anteriori. Si sono verificati anche alcuni importanti cambiamenti nelle estremità anteriori di animali conosciuti come peptidi non mammiferi.

Gli scienziati credono che questi fenomeni simultanei si siano probabilmente verificati in concomitanza dei cambiamenti relativi all’andatura e alla corsa di queste creature.

Le ricercatrici ritengono che si sia verificata una sorta di interferenza tra i tessuti che formano le vertebre e l’omoplata durante lo sviluppo di questi animali. Allo stesso modo, sostengono che questa interazione sia stata il risultato dell’aggiunta di una regione vicina alla spalla a mano a mano che le estremità anteriori dei nostri antenati si evolvevano per acquisire nuove forme e funzioni.

In seguito, è emersa un’area vicino alla pelvi. Secondo le ricercatrici, è proprio questa ultima area, la zona lombare priva di costole, che sembra potersi adattare meglio ai diversi contesti.

Il passo finale nella formazione della colonna vertebrale dei mammiferi può essere relazionato a delle mutazioni nei geni Hox, importanti per la colonna vertebrale all’inizio del suo sviluppo.

In questo senso, le ricercatrici hanno potuto stabilire delle connessioni tra i cambiamenti negli esoscheletri di animali e idee estinte nella biologia e la genetica dello sviluppo moderno. «Questo approccio combinato ci aiuta a capire cosa rende un mammifero tale», conclude la Jones.

Jones, K., Angielczyk, K., Polly, P., Head, J., Fernandez, V., y Lungmus, J. et al. (2018). Fossils reveal the complex evolutionary history of the mammalian regionalized spine. Science361(6408), 1249-1252. doi: 10.1126/science.aar3126