Come ha fatto l'intestino, la pelle e la muscolatura si evolvono? Questa domanda riguarda gli scienziati da più di un secolo. Attraverso lo studio dello sviluppo embrionale degli anemoni di mare, una stirpe animale molto antica, i ricercatori dell'Università di Vienna sono ora giunti a conclusioni che mettono in discussione l'ipotesi vecchia di 150 anni dell'omologia (origine evolutiva comune) degli strati germinali che formano tutti gli organi ei tessuti successivi.

Secondo un'ipotesi vecchia di 150 anni, tutti i tessuti e gli organi del nostro corpo derivano da uno dei tre strati germinali che si formano durante la prima embriogenesi. Questa "ipotesi dello strato germinale" afferma che la pelle e il sistema nervoso derivano dallo strato esterno dell'ectoderma, l'intestino e alcuni organi interni, come il pancreas, derivano dallo strato endodermico interno, mentre muscoli e gonadi derivano dallo strato intermedio, il mesoderma. All'inizio, i ricercatori hanno notato una differenza fondamentale nel numero di strati germinali in diversi gruppi di animali.

Mentre la maggior parte degli animali, come gli umani, insetti e vermi, si sviluppano da tre strati germinali, gli cnidari (coralli, anemoni di mare o meduse) mancano dello strato intermedio e presentano solo due strati cellulari durante lo sviluppo e per tutta la vita. L'emergere del mesoderma come terzo strato germinale intermedio è considerato un evento chiave durante l'evoluzione di animali complessi. Finora, però, era controverso come si è evoluto il mesoderma, e come i due strati germinali cnidari si relazionano ai tre strati nella maggior parte degli altri animali. Una nuova pubblicazione del laboratorio di Ulrich Technau presso il Dipartimento per l'evoluzione e lo sviluppo molecolare dell'Università di Vienna presenta una visione fondamentalmente nuova dell'evoluzione degli strati germinali.

Il più interno, l'endoderma che forma l'intestino è sempre stato considerato come correlato evolutivo tra cnidari e altri animali. Nel loro studio, Technau e colleghi hanno ora testato questa ipotesi tracciando l'origine embrionale delle cellule produttrici di enzimi digestivi e dei loro geni regolatori dello sviluppo tipici dell'intestino e del pancreas in un anemone di mare. Gli autori mostrano che negli anemoni di mare, contro tutte le credenze precedenti, le cellule della ghiandola che producono gli enzimi digestivi e l'insulina non si sviluppano dall'endoderma ma dalla parte ectodermica della bocca, la faringe. "Sono rimasto perplesso quando ho visto per la prima volta che tutti i derivati ​​endodermici degli anemoni di mare sono totalmente privi di cellule della ghiandola digestiva. Non era quello che viene insegnato nei libri di testo di biologia", spiega Patrick Steinmetz, che ha contribuito alla maggior parte degli esperimenti ed è ora leader del gruppo presso l'Università di Bergen in Norvegia.

"I risultati cambiano completamente il modo in cui pensiamo all'origine degli strati germinali. Significa che 'endoderma' negli anemoni di mare e nei vertebrati, anche se si chiamano uguali, in realtà non sono correlati all'evoluzione" aggiunge Ulrich Technau. Se l'ectoderma della bocca dell'anemone di mare e non l'endoderma corrisponde all'intestino e al pancreas dei vertebrati, allora qual è il correlato vertebrato dell'endoderma dell'anemone di mare? Quando Steinmetz e Technau hanno approfondito questa questione, hanno trovato forti somiglianze tra l'endoderma cnidario e lo strato intermedio del mesoderma:entrambi condividono un gran numero di geni regolatori, ed entrambi danno origine a tipi di cellule simili come cellule muscolari o gonadi. L'anemone di mare mostra quindi un chiaro correlato di mesoderma, ma non in una posizione intermedia come si trova negli animali a tre strati. Posizionamento, e non nuovo emergere, di tessuto tra l'intestino e la pelle è stato quindi l'evento chiave che ha portato all'evoluzione degli animali a tre strati.

"La stragrande maggioranza degli animali oggigiorno sviluppa tre strati germinali, e abbiamo fatto un grande passo avanti verso la comprensione di uno degli eventi più cruciali alla base di questa storia di successo evolutivo" conclude Steinmetz.