Sono i geni Hox ad accendere le lucciole

Scoperti i meccanismi della luminescenza di questi affascinanti insetti

[20 Marzo 2014]

Da sempre le lucciole affascinano e incuriosiscono l’umanità e ne ispirano i poeti, ma fino ad oggi era un mistero il meccanismo evolutivo e il fondamento che permette l’accensione di queste piccole lanterne viventi. Ma ora  nel nuovo studio  “The function of Hox and appendage-patterning genes in the development of an evolutionary novelty, the Photuris firefly lantern”, Matthew Stansbury, dell’università dell’Arizona, e Armin Moczek, del College of Arts and Sciences’ Department of Biology dell’Indiana university,  dicono di aver scoperto il mistero delle luci che stregarono tra i tanti anche Pasolini.

Su Proceedings of the Royal Society B i due ricercatori  forniscono per  la prima volta una caratterizzazione delle basi genetiche dello sviluppo di questa spettacolare novità morfologica, l’organo che produce luce delle lucciole,  e dei  mezzi con i quali questi insetti utilizzano con successo antichi geni regolatori per “costruire” le loro lanterne.

Moczek spiega: «Il nostro studio dimostra il ruolo senza precedenti svolto da due geni Hox. Questi geni sono stati mantenuti fortemente per tempi evolutivi molto lunghi per disporre le forme di base del corpo di tanti animali, dagli esseri umani alle mosche. Il nostro studio mostra ora che questi geni Hox hanno di recente acquisito il controllo su importanti aspetti dello sviluppo della lanterna».

I geni Hox sono noti perché determinano le aree del corpo e i relativi limiti, come la testa, il torace e addome degli insetti, o cervicali, toraciche e lombari dei mammiferi. I geni Hox sono anche famosi per specificare che un’appendice formerà un determinato segmento, ad esempio una parte della bocca nella testa e di un’ala sul torace, nonché le specifiche modificazioni di queste appendici: il carapace del coleottero è un guscio coriaceo anziché membranoso proprio per l’attivazione di un gene Hox, così come, grazie  a questi geni, l’ala posteriore di una mosca è un minuscolo organo di bilanciamento.

«Ciò che è quasi senza precedenti, tuttavia – spiegano i due ricercatori americani – è che nel caso di questo coleottero appartenente ad una famiglia di circa 2000 specie, i due geni Hox abdominal-A (abd-A) and Abdominal-B (Abd-B), sembrano aver acquisito la capacità di regolare un organo complesso completamente nuovo, che non si trova in nessun’altra parte: la lanterna. L’idea che i geni Hox possono semplicemente acquisire nuove competenze in modo rapido, soprattutto senza compromettere quelli vecchie, è una novità. Questo è uno dei relativamente pochi esempi che di mostrano che questo si verifica effettivamente nell’evoluzione animale».

Stansbury e Moczek hanno scoperto che la funzione svolta da ognuno di questi due geni è necessaria per la corretta formazione dell’organo luminoso di una lucciola adulta. «In particolare,  il gene Hox  Abd-B  è stato fondamentale per tutti gli aspetti della formazione degli organi fotici, suggerendo che hanno evoluto nuove interazioni e regolamentazioni specifiche per la lanterna», dice  Moczek.

I due scienziati hanno anche scoperto che il gene Hox Abd-B reprime la pigmentazione addominale negli organi fotici delle lucciole, creando così una cuticola traslucida che permette alla luce di risplendere dall’interno del corpo. Inoltre, il sesto e settimo dei segmenti addominali della maggior parte degli insetti è normalmente sotto l’influenza del gene Hox  abd-A piuttosto che dell’Abd-B , ma sono proprio questi segmenti ad ospitare la lanterna delle lucciole, suggerendo la possibilità di una espansione anteriore del dominio della finzione dell’ Abd-B. «Questo è un grosso problema – sottolineano Stansbury e Moczek –   perché i geni Hox, date le loro funzioni estremamente importanti per stabilire il programma di base del corpo, di solito si limitano a rigorosi e altamente conservati confini dell’espressione».

Per Moczek «questo è solo l’inizio. Vogliamo sapere quali sono i geni bersaglio con i quali abd-A e Abd-B interagiscono per formare l’organo, vogliamo ottenere dati su esattamente quando e dove un determinato prodotto del gene è attivo e vogliamo saperne di più su come l’organo adulto si evolva dall’organo larvale, una struttura molto più semplice che si trova su un altro segmento».

Moczek da tempo lavora sulla possibilità che i geni Hox producano/medino innovazioni d fisiche che sono  più diffuse di quanto generalmente si pensa. Un altro esempio di questo sono le corna degli scarabei, una delle principali aree di  ricerca di Moczek e anche qui i geni Hox svolgerebbero un ruolo essenziale.

Tornando alle lucciole, Moczek conclude: «Questo studio è il primo del suo genere su questi organismi e su questa struttura, e speriamo che apra la porta ad un lavoro futuro su questi insetti carismatici».