Il genoma spiega come l’ornitorinco è diventato così bizzarro
Gli ornitorinchi rappresentano lo stato ancestrale di ciò che i genomi dei mammiferi terrestri avrebbero potuto essere prima di adattarsi ai vari ambienti
[13 Gennaio 2021]
Da quando gli europei scoprirono l’ornitorinco (Ornithorhynchus anatinus) in Australia alla fine del 1700, la bizzarra creatura semiacquatica dal becco d’anatra ha sconcertato i ricercatori scientifici. L’ornitorinco (o platipo), endemico dell’Australia orientale e della Tasmania, specie protetta e classificata dalla Lista Rossa Iucn come quasi minacciata di estinzione, è considerato il mammifero più strano del mondo: Anche se a prima vista sembrano uno strano puzzle tra un uccello, un mammifero e qualcos’altro, gli ornitorinchi depongono le uova ma hanno ghiandole mammarie, la pelliccia e tre ossa nell’orecchie medie, tutte caratteristiche che servono a definire un mammifero.
L’ornitorinco, insieme a 4 specie di echidna, appartiene a un antico gruppo di mammiferi, i monotremi, che esisteva milioni di anni prima della comparsa di qualsiasi mammifero moderno e che sono chiamati così perché i monotremi utilizzano un’unica apertura per la minzione, la defecazione e la riproduzione sessuale. Gli ornitorinchi sono ottimi nuotatori notturni e trascorre gran parte del loro tempo a caccia di insetti e crostacei nei fiumi, sono sdentati ma a hanno due placche cornee all’interno del becco che permettono loro di masticare crostacei e altre creature acquatiche e il loro caratteristico becco è pieno di sensori elettrici che vengono utilizzati proprio per localizzare le prede nei letti dei corsi d’acqua fangosi.
Gli ornitorinchi hanno anche geni che producono veleno che mancano ad altri mammiferi ma che sono simili a quelli trovati in alcuni rettili e l’ornitorinco maschio ha uno sperone velenoso dietro ciascuna delle zampe posteriori. Il veleno è abbastanza forte da uccidere un cane e viene utilizzato nei combattimenti territoriali.
Il recente studio “Biofluorescence in the platypus (Ornithorhynchus anatinus)”, pubblicato su Mammalia ha dimostrato che, sotto la luce UV, la pelliccia di ornitorinco è biofluorescente e riflette un colore blu-verde. E, come se non bastasse, ha cinque paia di cromosomi sessuali.
I ricercatori moderni stanno ancora cercando di capire come l’ornitorinco sia diventato così unico e la ricerca ha fatto notevoli passi avanti. Ora, per la prima volta, un team internazionale di ricercatori, guidato da Yang Zhou della Københavns Universitet e Linda Shearwin-Whyatt dell’University of Adelaide, ha mappato un genoma completo dell’ornitorinco e lo ha presentato nello studio “Platypus and echidna genomes reveal mammalian biology and evolution” pubblicato su Nature, trovando risposte riguardo alle origini di alcune delle caratteristiche più strane del platipo.
Uno degli autori dello studio, Guojie Zhang del dipartimento di biologia dell’università di Copenhagen e del Kunming Institute of Zoology dell’Accademia cinese delle scienze, sottolinea che «Il genoma completo ci ha fornito le risposte su come sono emerse alcune delle caratteristiche bizzarre dell’ornitorinco. Allo stesso tempo, decodificare il genoma dell’ornitorinco è importante per migliorare la nostra comprensione di come si sono evoluti altri mammiferi, inclusi noi umani. la chiave del perché noi e altri mammiferi euteri ci siamo evoluti per diventare animali che danno alla luce cuccioli vivi invece di diventare animali che depongono le uova. In effetti, l’ornitorinco appartiene alla classe dei Mammalia. Ma geneticamente, è un misto di mammiferi, uccelli e rettili. Ha conservato molte delle caratteristiche originali dei suoi antenati, che probabilmente contribuiscono al suo successo nell’adattamento all’ambiente in cui vive».
Una delle caratteristiche più insolite dell’ornitorinco è che depone le uova ma ha anche ghiandole mammarie utilizzate per nutrire i suoi cuccioli, ma non attraverso i capezzoli, dato che il latte trasuda dal suo corpo. All’università di Copenhagen ricordano che «Durante la nostra evoluzione, noi esseri umani abbiamo perso tutti e tre i cosiddetti geni della vitellogenina, ciascuno dei quali è importante per la produzione dei tuorli d’uovo. I polli invece continuano ad averli tutti e tre. Lo studio dimostra che gli ornitorinchi portano ancora uno di questi tre geni della vitellogenina, nonostante abbiano perso gli altri due circa 130 milioni di anni fa. L’ornitorinco continua a deporre le uova in virtù di questo gene rimanente. Questo è probabilmente dovuto al fatto che non dipende dalla creazione di proteine del tuorlo come lo sono uccelli e rettili, poiché gli ornitorinchi producono latte per i loro piccoli. In tutti gli altri mammiferi, i geni della vitellogenina sono stati sostituiti con i geni della caseina, responsabili della nostra capacità di produrre proteine della caseina, un componente importante nel latte dei mammiferi». Il nuovo studio dimostra che l’ornitorinco ha anche i geni della caseina e che la composizione del suo latte è quindi abbastanza simile a quella delle mucche, degli esseri umani e di altri mammiferi.
Secondo Zhang, questa scoperta ci fa capire che «La produzione di latte in tutte le specie di mammiferi esistenti è stata sviluppata attraverso lo stesso set di geni derivati da un antenato comune vissuto più di 170 milioni di anni fa, insieme ai primi dinosauri nel periodo Giurassico».
Un altro tratto che rende l’ornitorinco così unico è che, a differenza della stragrande maggioranza dei mammiferi, è sdentato. Sebbene gli antenati più vicini di questo monotremo fossero dentati, l’ornitorinco moderno è dotato di due piastre cornee che vengono utilizzate per schiacciare il cibo. Lo studio rivela che «L’ornitorinco ha perso i denti circa 120 milioni di anni fa, quando sono scomparsi 4 degli 8 geni responsabili dello sviluppo dei denti.
Un’altra stranezza dgli ornitorinchi studiata dai ricercatori è stata il modo in cui viene determinato il loro sesso. Sia gli esseri umani che tutti gli altri mammiferi sulla Terra hanno 2 cromosomi sessuali che determinano il sesso: il sistema cromosomico X e Y in cui XX è femmina e XY è maschio. Tuttavia le echidne e il platipo hanno 10 cromosomi sessuali, con 5 cromosomi Y e 5 X.
Grazie al nuovo sequenziamento del genoma, ora i ricercatori ipotizzano che questi 10 cromosomi sessuali negli antenati dei monotremi fossero organizzati in una forma ad anello che è stata successivamente scomposta in molti piccoli pezzi di cromosomi X e Y. Allo stesso tempo, la mappatura del genoma rivela che «La maggior parte dei cromosomi sessuali dei monotremi ha più in comune con i polli che con gli esseri umani. Ma quello che mostra è un legame evolutivo tra mammiferi e uccelli».
Il genoma dell’ornitorinco era stato sequenziato per la prima volta nel 2008. Da allora, i miglioramenti nella tecnologia hanno reso molto più facile mappare il posizionamento di particolari geni nei cromosomi. Zhang spiega ancora che «Nel tentativo precedente, solo il 25% circa del genoma dell’ornitorinco era stato contestualizzato in questo modo, mentre con la nuova versione è stato mappato al 96%. E’ molto completo. Abbiamo trovato un sacco di geni che ci eravamo persi nei precedenti assemblamenti».
Wesley Warren, professore di genomica all’università del Missouri, che ha guidato il team che nel 2008 ha pubblicato su Nature lo studio “Genome analysis of the platypus reveals unique signatures of evolution” sul primo sequenziamento del genoma del platipo – ma che non è stato coinvolto nel nuovo studio – conclude: «I nuovi genomi convalidano molte scoperte precedenti sull’ornitorinco e, in combinazione con il nuovo genoma dell’echidna, aggiungono molta più chiarezza sui meccanismi evolutivi coinvolti. Secondo me, tra i mammiferi, l’ornitorinco è la specie più affascinante di tutte. Rappresentano lo stato ancestrale di ciò che i genomi dei mammiferi terrestri avrebbero potuto essere prima di adattarsi ai vari ambienti».