Molti crostacei, tra cui aragoste, granchi e cirripedi, hanno un guscio simile a un mantello che sporge dalla testa che può svolgere vari ruoli, come una piccola grotta per conservare le uova o uno scudo protettivo per mantenere umide le branchie.

Questo guscio (carapace), è stato proposto, non si è evoluto da alcuna struttura simile nell'antenato dei crostacei, ma è apparso de novo (o di punto in bianco) attraverso una cooptazione alquanto casuale dei geni che specificano anche le ali degli insetti.

Tuttavia, in un nuovo studio del Marine Biological Laboratory (MBL), la ricercatrice Heather Bruce e il direttore Nipam Patel forniscono prove per una visione alternativa:il carapace, insieme ad altre strutture simili a piastre negli artropodi (crostacei, insetti, aracnidi e miriapodi) tutti si sono evoluti da un lobo laterale della gamba in un antenato comune.

Questa evidenza rafforza la loro proposta per un nuovo concetto di come si evolvono le nuove strutture, che suggerisce che non sono così nuove, dopo tutto. Lo studio, sul carapace del crostaceo Daphnia, compare online su Current Biology .

"Come nascono nuove strutture è una questione centrale nell'evoluzione", dice Bruce. "L'idea prevalente, chiamata cooptazione genica, è che i geni che funzionano in un contesto, ad esempio per creare ali di insetti, finiscono in un contesto non correlato, dove formano, ad esempio, un carapace", afferma Bruce. "Ma qui mostriamo che il carapace di Daphnia non è saltato fuori dal nulla."

Piuttosto, propongono il lobo della gamba ancestrale, simile a una piastra, che si è evoluto sia nell'ala che nel carapace era probabilmente presente nell'antenato di tutti gli artropodi viventi. Ma poiché l'ala e il carapace sembrano così diversi da questa placca ancestrale e da altre placche nei lignaggi di artropodi vicini, nessuno si è reso conto che erano tutti la stessa cosa.

"Stiamo iniziando a renderci conto che le strutture che non assomigliano per niente - ali, carapaci, placche tergal - sono in realtà omologhe", dice Bruce. "Ciò suggerisce che hanno un'unica origine molto più antica di quanto chiunque avrebbe pensato, nel periodo Cambriano, [500 milioni] di anni fa."

Era sempre presente (persistenza criptica)

Bruce chiama il suo modello per come nuove strutture emergono "persistenza criptica di omologhi seriali".

"Gli omologhi seriali sono cose come mani e piedi, o le vertebre della nostra colonna vertebrale, o le molte gambe che si ripetono lungo il corpo di un millepiedi", dice. "Le [ripetizioni] possono sembrare molto diverse, ma puoi vedere somiglianze e sono tutte costruite utilizzando gli stessi percorsi genetici iniziali. In alcuni casi, l'intera struttura non cresce:potresti ottenere una gamba troncata di millepiedi, o è davvero sottile e minuscolo. Sebbene le cellule siano state programmate per formare la gamba, in realtà non stanno crescendo fuori dalla gamba. "

Dal punto di vista di Bruce, questi rudimenti dormienti - gambe, placche, ecc. - possono persistere per milioni di anni, purché un'altra ripetizione della struttura sia ancora presente da qualche altra parte nell'animale. E quando sarà il momento giusto, la struttura potrebbe ricrescere e assumere forme diverse in specie diverse:un'ala in un insetto, per esempio, o un carapace in un crostaceo.

"Se una struttura ancestrale non è più necessaria, la natura probabilmente tronca o riduce quel tessuto piuttosto che eliminarlo completamente. Ma il tessuto è ancora lì e può essere rielaborato in lignaggi successivi e ci sembra nuovo", dice Bruce .

"Questo tipo di troncamento è probabilmente comune nell'evoluzione perché le reti genetiche sono così interdipendenti", spiega Bruce. "Se un percorso o tessuto genetico dovesse essere cancellato, qualche altro percorso o tessuto ne risentirebbe".

"Penso che la persistenza criptica possa essere una spiegazione per molte strutture 'nuove'", afferma Bruce.

Gli autori hanno tratto le loro conclusioni analizzando i modelli di espressione genica in diverse specie di artropodi ed eliminando altre ipotesi su come potrebbe essersi evoluto il carapace.

"L'origine antica e comune di tutte queste strutture simili a piastre [negli artropodi] suggerisce che le reti genetiche che modellano queste strutture sono molto evolubili e plastiche. Sono in grado di generare un'incredibile quantità di diversità", afferma Bruce.