Gli esseri umani sono da tempo affascinati dal canto degli uccelli e dalla cacofonia di altri suoni aviari, dai tubi e i clacson ai ciarlatani e ai pigoli. Ma si sa poco su come l'organo vocale unico degli uccelli, la siringe, vari da specie a specie o sulle sue origini evolutive più profonde.
Un trio di studi recenti condotti da ricercatori dell'Università del Texas ad Austin sta cambiando la situazione.
Gli studi includono scansioni anatomiche ad alta risoluzione di siringi di colibrì e struzzi, le specie di uccelli più piccole e più grandi del mondo, e la scoperta che la siringe e la laringe, l'organo vocale dei rettili e dei mammiferi, compreso l'uomo, condividono la stessa programmazione di sviluppo. /P>
Secondo Julia Clarke, professoressa alla Jackson School of Geosciences dell'UT, questa connessione genetica tra gli organi vocali è un nuovo entusiasmante esempio di "omologia profonda", un termine che descrive come diversi tessuti o organi possono condividere un legame genetico comune.
"Per me, questo è importante quanto la transizione dalle pinne agli arti", ha detto Clarke, che ha co-diretto o co-autore degli studi. "In un certo senso è ancora più grande perché la siringe non è un organo modificato con una nuova funzione ma un organo completamente nuovo con una funzione antica e comune."
I tre studi si basano sulla ricerca collaborativa e interdisciplinare sulla siringe con fisiologi e biologi dello sviluppo che Clarke guida da oltre un decennio.
La ricerca è iniziata nel 2013 quando Clarke, un paleontologo, ha scoperto una siringe in un fossile di un uccello simile ad un'anatra che viveva in quella che oggi è l'Antartide durante il tardo Cretaceo. L'esemplare è la siringe più antica mai scoperta. Ma quando provò a confrontare la siringe fossile con le siringi degli uccelli moderni, trovò carente la letteratura scientifica. Molti degli studi risalivano al XIX secolo, prima dell'avvento dell'imaging scientifico moderno, o citavano affermazioni di studi più antichi condotti senza ricontrollarli.
Ciò ha spinto Clarke a intraprendere la missione di modernizzare e massimizzare la raccolta dei dati di Syrinx.
"Avevamo questa nuova struttura tridimensionale, ma non avevamo nulla con cui confrontarla", ha detto Clarke, descrivendo i dati di imaging TC della siringe fossile. "Così, abbiamo iniziato a generare dati che prima non esistevano sulla struttura della siringe in molti gruppi diversi di uccelli."
Nel corso degli anni, Clarke e i membri del suo laboratorio hanno sviluppato nuovi metodi per dissezionare, conservare e scansionare le siringi che hanno contribuito a rivelare la siringe in modo più dettagliato. Queste visioni migliorate dell'organo vocale dello struzzo e del colibrì hanno dimostrato che il comportamento degli uccelli può essere importante quanto la siringe quando si tratta del repertorio di suoni prodotti da questi uccelli.
Ad esempio, nello studio della siringe dello struzzo, nel Journal of Anatomy , i ricercatori non hanno trovato differenze significative nell'anatomia della siringe tra gli uccelli adulti maschi e femmine (studi precedenti si concentravano solo sugli struzzi maschi). Tuttavia, anche se entrambi i sessi hanno la stessa attrezzatura vocale, gli struzzi maschi tendevano a produrre una più ampia varietà di suoni rispetto alle femmine. struzzi, con i suoni spesso associati a comportamenti aggressivi tra maschi chiassosi.
Durante una visita a un allevamento di struzzi in Texas, i ricercatori hanno registrato 11 tipi di richiami, che vanno dai pipì e gorgoglii ad alta frequenza nei cuccioli di struzzo ai fischi e rimbombi a bassa frequenza nei maschi adulti. Questi includevano alcuni tipi di chiamate che non erano mai state registrate prima. Gli unici suoni registrati in modo definitivo dalle femmine adulte di struzzo erano i sibili. Ciò che mancava alle femmine in termini di portata, è stato compensato dall'atteggiamento, ha affermato Michael Chiappone, che è stato coinvolto nella ricerca sugli struzzi come studente universitario presso la Jackson School ed è l'autore principale dello studio.
"Erano sibili piuttosto prolifici", ha detto Chiappone, che ora è dottorando presso l'Università del Minnesota.
Per lo studio sui colibrì nello Zoological Journal of the Linnean Society , i ricercatori hanno confrontato la siringa del colibrì con quella dei rondoni e dei succiacapre, due parenti stretti, e hanno scoperto che tutti e tre gli uccelli hanno corde vocali simili nella siringe nonostante abbiano modi diversi di apprendere i loro richiami. I rondoni e i succiacapre lavorano con un repertorio limitato di richiami istintivi, mentre i colibrì sono in grado di elaborare i richiami imparando canti complessi gli uni dagli altri, una caratteristica chiamata apprendimento vocale.
Secondo Lucas Legendre, un ricercatore associato della Jackson School che ha condotto la ricerca sui colibrì, i risultati suggeriscono che anche l'antenato comune di tutti e tre gli uccelli aveva una struttura simile delle corde vocali e che potrebbe aver contribuito a gettare le basi per l'evoluzione nell'apprendimento vocale. nei colibrì.
"Avere tutte le strutture [delle corde vocali] già presenti prima che l'apprendimento vocale fosse acquisito dai colibrì, probabilmente ha reso più facile per loro acquisire l'apprendimento della produzione vocale", ha affermato.
Prima dello studio, non era chiaro se i rondoni avessero anche le corde vocali. Come parte della ricerca, Legendre ha creato un modello digitale 3D della rapida traccia vocale che porta gli spettatori lungo la trachea fino alla siringe e alle corde vocali che si trovano vicino alla parte superiore di ciascun ramo della siringe. Il modello, soprannominato da Clarke il "viaggio magico e misterioso", mostra i progressi nella conoscenza anatomica della siringe che il suo laboratorio sta portando avanti.
"Questa è una struttura di cui non si conosceva l'esistenza al di fuori dei colibrì, ma le nostre scansioni TC hanno rivelato che i rondoni hanno queste corde vocali nella stessa posizione", ha detto Clarke. "Questo è il tipo di viaggio di cui avevamo bisogno per ottenere queste risposte."
Allo stesso tempo, Clarke e il suo team stavano sviluppando metodi per preservare e catturare l'anatomia della siringe nelle specie di uccelli. Stavano collaborando con Clifford Tabin, un biologo dello sviluppo dell'Università di Harvard, per indagare le origini evolutive della siringe monitorando l'espressione genetica che ha accompagnato lo sviluppo degli organi vocali negli embrioni di uccelli, mammiferi e rettili.
La ricerca pubblicata su Current Biology è il culmine di quella collaborazione. Lo studio descrive in dettaglio come gli scienziati hanno scoperto la profonda connessione tra i tessuti della laringe e della siringe osservando che gli stessi geni controllavano lo sviluppo degli organi vocali rispettivamente nei topi e negli embrioni di pollo, anche se gli organi provenivano da diversi strati embrionali.
"Si formano sotto l'influenza degli stessi percorsi genetici, conferendo infine al tessuto vocale una struttura cellulare e proprietà vibratorie simili negli uccelli e nei mammiferi", ha affermato Tabin, uno dei co-responsabili dello studio.
Lo studio ha anche analizzato lo sviluppo della siringe nelle specie di uccelli – che prevedeva l’osservazione dell’espressione genetica negli embrioni di 14 specie diverse, dai pinguini ai pappagallini – e ha scoperto che l’antenato comune degli uccelli moderni probabilmente aveva una siringe con due sorgenti sonore, o due suoni vocali funzionanti in modo indipendente. pieghe. Questa caratteristica si trova oggi negli uccelli canori, consentendo a molti di creare due suoni distinti contemporaneamente. La ricerca suggerisce che l'antenato comune degli uccelli potrebbe aver emesso richiami altrettanto diversi.
Questi risultati potrebbero far luce sulle origini della siringe, ma non è ancora noto quando la siringe si sia sviluppata per la prima volta e se i dinosauri non aviari, gli antenati degli uccelli di oggi, avessero l'organo vocale, ha detto Clarke. Nessuno ha ancora trovato una siringe fossile di un dinosauro non aviario.
Secondo Clarke, il modo migliore per comprendere le possibilità dei suoni degli antichi dinosauri è continuare a studiare la vocalizzazione così come esiste oggi negli uccelli, nei dinosauri che sono ancora tra noi e in altri cugini rettili.
"Non potremo iniziare a parlare della produzione del suono nei dinosauri finché non comprenderemo veramente il sistema nelle specie viventi", ha affermato.
Anche Chad Eliason, ricercatore senior presso il Field Museum of Natural History ed ex studioso post-dottorato presso la Jackson School, ha contribuito in modo determinante a questi progetti sulla siringa e ad altri.
Ulteriori informazioni: Michael Chiappone et al, Morfologia della siringe dello struzzo (Struthio camelus) e repertorio vocale attraverso l'ontogenesi e il sesso postnatale:implicazioni per comprendere l'evoluzione vocale negli uccelli, Journal of Anatomy (2023). DOI:10.1111/joa.13992
Lucas J Legendre et al, Evoluzione della siringa degli Apodiformes, inclusi i Trochilidae che imparano la voce (Aves:Strisores), Zoological Journal of the Linnean Society (2024). DOI:10.1093/zoolinnean/zlae001
Charlie Longtine et al, Omologia e evoluzione delle corde vocali nella nuova scatola vocale aviaria, Biologia attuale (2024). DOI:10.1016/j.cub.2023.12.013
Informazioni sul giornale: Giornale zoologico della Società Linneana , Biologia attuale
Fornito dall'Università del Texas ad Austin
