L'ultimo antenato comune di cefalopodi e vertebrati esisteva più di 500 milioni di anni fa. In effetti, un calamaro è più strettamente correlato a una vongola che a una persona. Anche così, i due lignaggi si sono evoluti indipendentemente occhi in stile obiettivo fotografico con caratteristiche molto simili:una singola lente nella parte anteriore e una retina sensibile all'immagine a forma di coppa nella parte posteriore.

La somiglianza ha fatto sì che gli scienziati si chiedessero per decenni come i calamari e i loro cugini ottengono i loro occhi. Nella ricerca pubblicata questa settimana su BMC Biology , un laboratorio di Harvard si avvicina a svelare il mistero.

I ricercatori del FAS Center for Systems Biology hanno scoperto una rete di geni importanti nello sviluppo dell'occhio di calamaro che sono noti per svolgere anche un ruolo cruciale nello sviluppo degli arti negli animali, inclusi vertebrati e insetti. Gli scienziati affermano che questi geni sono stati riutilizzati nei calamari per creare occhi di tipo obiettivo per fotocamera.

I risultati potrebbero aiutare i ricercatori a capire come questi geni e le vie cellulari su cui sono noti funzionano veramente sia nei cefalopodi che nei vertebrati. Forniscono anche un esempio innovativo di come diversi lignaggi animali possono abilmente dirottare gli strumenti genetici nel loro arsenale e adattarli per compiere sorprendenti imprese evolutive.

"Questo è stato piuttosto scioccante perché pochissime persone pensano che una lente dell'occhio sia molto simile a una gamba", ha affermato Kristen Koenig, John Harvard Distinguished Science Fellow e autrice senior dello studio. "Una delle grandi domande in biologia è come si creano nuove [caratteristiche morfologiche]. La lente del calamaro è una novità per il loro lignaggio. Hanno dovuto creare una lente da zero per poter vedere davvero bene. Ciò che implica questo lavoro è che devi prendere gli strumenti che hai e usarli per nuovi scopi."

Gli scienziati del laboratorio Koenig teorizzano che la rete di geni che hanno scoperto nei calamari potrebbe non essere importante per la creazione di organi specifici, ma potrebbero fare qualcosa di più generico utile per alcune funzioni dello sviluppo, incluso lo sviluppo sia degli arti che del cristallino. Queste altre funzioni dello sviluppo potrebbero includere un'espressione genica precisa che colloca i tipi, i numeri e le forme delle cellule giusti nel posto giusto al momento giusto. Gli arti e le lenti degli occhi, ad esempio, iniziano come un foglio piatto di cellule che diventa modellato in cerchi concentrici, un design simile a un occhio di bue, e da lì si sviluppa fino alle loro forme finali.

"La nostra scoperta scompone l'idea che la rete si sia evoluta esclusivamente per la funzione di 'crescita degli arti', ma serve piuttosto una funzione più ampia per qualsiasi tipo di schema che richieda questo motivo simile a un cerchio concentrico, inclusi arti, lente, crescita dei denti e potenzialmente altri dobbiamo ancora identificare", ha detto Kyle J. McCulloch, un borsista post-dottorato nel laboratorio Koenig e autore principale dello studio.

I ricercatori hanno avuto un'idea migliore del ruolo che questi geni svolgono nello sviluppo dell'occhio di calamaro manipolando un percorso cellulare chiamato via di segnalazione WNT. Nei moscerini della frutta, è il percorso noto per accendere i geni che portano allo sviluppo degli arti.

I ricercatori si sono chiesti come un gruppo di geni importanti per lo sviluppo delle gambe creasse la lente dell'occhio e cosa stesse facendo la via di segnalazione WNT nello sviluppo della lente. Hanno condotto l'esperimento su embrioni di calamaro e hanno scoperto che l'attivazione eccessiva di questo percorso provocava la perdita del cristallino. Questo è ciò che ha portato gli scienziati a credere che le differenze nel modo in cui la segnalazione WNT agisce su questi geni possono essere importanti per il modo in cui il calamaro controlla l'espressione genica nell'arto rispetto al cristallino.

Il laboratorio prevede di continuare a studiare questi geni e di confrontare la loro funzione nello sviluppo del cristallino con la loro funzione nello sviluppo di altre caratteristiche morfologiche.

"In definitiva questo lavoro mostra il potere di studiare diversi sistemi", ha detto Koenig. "È sorprendente che i geni che abbiamo studiato così bene in altri sistemi modello come i moscerini della frutta e i vertebrati, e che pensavamo di aver capito che la loro funzione insieme fosse quella di creare le gambe, siano usati per questo organo completamente diverso nel calamaro. Cambia il modo in cui noi pensa a cosa fanno questi geni canonici durante lo sviluppo. Osservando la diversità della vita, potremmo effettivamente capire cosa stanno facendo questi geni in modo più accurato".