Cinquecento milioni di anni fa, era relativamente sicuro tornare in acqua. Questo perché le creature degli abissi non avevano ancora evoluto le mascelle. In una nuova coppia di studi in eLife e Sviluppo , gli scienziati rivelano indizi sull'origine di questa entusiasmante innovazione evolutiva nei vertebrati.

Negli studi, Mathi Thiruppathy del laboratorio di Gage Crump presso l'USC, e il collaboratore J. Andrew Gillis dell'Università di Cambridge e del Marine Biological Laboratory, hanno considerato lo sviluppo embrionale come un modo per ottenere informazioni sull'evoluzione, un approccio noto come "evo-devo ."

Nei pesci, le mascelle condividono un'origine dello sviluppo comune con le branchie. Durante lo sviluppo, le mascelle e le branchie derivano entrambe da strutture embrionali chiamate "archi faringei". Il primo di questi archi è chiamato arco mandibolare perché dà origine alle mascelle, mentre altri archi si sviluppano in branchie. Ci sono anche somiglianze anatomiche:le branchie sono sostenute da ossa superiori e inferiori, che potrebbero essere considerate analoghe alle mascelle superiore e inferiore.

"Queste osservazioni evolutive e anatomiche hanno portato alla teoria che la mascella si sia evoluta per modifica di una branchia ancestrale", ha affermato Thiruppathy, che è eLife primo autore dello studio e un dottorato di ricerca. studente del Crump Lab. "Sebbene questa teoria sia in circolazione dalla fine del 1800, rimane controversa fino ad oggi."

In assenza di chiare prove fossili, eLife la pubblicazione presenta prove "vive" a sostegno della teoria secondo cui le mascelle hanno avuto origine dalle branchie. Quasi tutti i pesci possiedono una minuscola struttura anatomica chiamata "pseudobranco", che ricorda una branchia vestigiale. Tuttavia, l'origine embrionale di questa struttura era incerta.

Utilizzando eleganti tecniche di imaging e tracciamento cellulare nel pesce zebra, Thiruppathy e i suoi colleghi hanno dimostrato in modo conclusivo che lo pseudoramo ha origine dallo stesso arco mandibolare che dà origine alla mascella. Gli scienziati hanno quindi dimostrato che molti degli stessi geni e meccanismi regolatori guidano lo sviluppo sia dello pseudoramo che delle branchie.

In uno studio correlato appena pubblicato su Sviluppo , Gillis e la sua collega di Cambridge Christine Hirschberger mostrano che i pattini hanno anche uno pseudoramo derivato dall'arco mandibolare con somiglianze genetiche e di sviluppo con una branchia. Mentre i pesci zebra sono pesci ossei, i pattini rappresentano una classe evolutiva completamente diversa di vertebrati con mascelle:i pesci cartilaginei.

"I nostri studi mostrano che l'arco mandibolare contiene i macchinari di base per creare una struttura simile a una branchia", ha affermato Crump, eLife autore corrispondente dello studio e professore di biologia delle cellule staminali e medicina rigenerativa presso l'Eli and Edythe Broad Center for Regenerative Medicine and Stem Cell Research presso la Keck School of Medicine della USC. "Ciò implica che le strutture derivanti dall'arco mandibolare, lo pseudoramo e la mascella, potrebbero essere nate come branchie che sono state modificate nel corso del tempo evolutivo profondo."

Gillis, che è l'autore corrispondente dello Sviluppo studio e coautore di eLife studio, ha aggiunto:"Insieme, questi due studi indicano che uno pseudoramo è presente nell'ultimo antenato comune di tutti i vertebrati mascellari. Questi studi forniscono nuove allettanti prove per la teoria classica secondo cui una struttura simile a una branchia si è evoluta nella mascella dei vertebrati". /P>

Peter Fabian, un tirocinante post-dottorato presso il Crump Lab dell'USC, è anche coautore di eLife studia.