Risolto il mistero del pene a 4 glandi dell’echidna: somiglia a quello di tartarughe e coccodrilli ma è da mammifero

L'anatomia e il funzionamento del pene dell'echidna dimostrano la sua evoluzione innovativa

[17 Giugno 2021]

I monotremi, mescolando insieme caratteristiche di mammiferi e rettili, sono tra gli animali più strani del mondo in un’unica creatura. Quando nel XVIII  secolo scienziati britannici videro per la prima volta un ornitorinco, lo liquidarono come una bufala, ma alla fine, per spiegare l’ornitorinco e altri strani animali scoperti in Australia  fu necessario creare un nuovo gruppo di mammiferi: i monotremi, che comprendono anche 4 diverse specie di echidna, e che ancora oggi, rimangono il gruppo meno compreso di mammiferi viventi.

I monotremi sono gli unici mammiferi che depongono le uova, ma hanno anche una serie di altre caratteristiche riproduttive uniche: nei maschi, i testicoli non scendono mai, non hanno scroto, quando non viene utilizzato, il loro pene è nascosto internamente e il loro eiaculato contiene fasci di fino a 100 spermatozoi che nuotano in cooperazione fino a raggiungere l’uovo. Nella maggior parte delle altre specie, gli spermatozoi nuotano individualmente ed è ogni spermatozoo per se stesso. A differenza di altri mammiferi, il pene dei monotremi viene utilizzato solo per l’accoppiamento e non per urinare.

Nelle femmine di echidna, oltre a deporre un solo uovo, la tasca dove allattano i piccoli è solo una struttura temporanea che si sviluppa per l’ispessimento dei margini laterali intorno alla regione addominale che circonda le ghiandole mammarie.

Ma forse la cosa più bizzarra del pene dell’echidna è che ha quattro teste, che in realtà sono glandi a forma di rosetta all’estremità. Solo due di questi quattro glandi sono funzionali durante l’erezione e la funzionalità di ogni glande sembra alternarsi nelle erezioni successive. Il modo esatto in cui le echidna lo fanno è sempre stato un mistero. Ma ora, per la prima volta, lo studio “The Unique Penile Morphology of the Short-Beaked Echidna, Tachyglossus aculeatus”, pubblicato su Sexual Development da un team di ricercatori australiani

Ha districato almeno in parte questo mistero evolutivo e riproduttivo.

Come spiegano congiuntamente in un riassunto del loro studio Jane Fenelon e Marilyn Renfree dell’università di Melbourne, e Stephen Johnston dell’università del Queensland, «La nostra ricerca è un progetto collaborativo che coinvolge scienziati dell’università di Melbourne, dell’università del Queensland e della Monash University, ma la cosa più essenziale per il lavoro è stata il Currumbin Wildlife Sanctuary sulla Gold Coast, che ha stabilito una piccola colonia riproduttiva di echidne. Circa 50 echidna ferite vengono portate ogni anno all’ospedale faunistico di Currumbin, la maggior parte a causa di incidenti stradali. Sfortunatamente, molte di queste echidne sono ferite irreparabilmente e devono essere soppresse. Sono questi animali che abbiamo utilizzato per lo studio, ma siamo stati anche in grado di osservare un’echidna addomesticata. Per comprendere i meccanismi in atto abbiamo utilizzato la scansione microCT (tomografia computerizzata) in combinazione con tecniche di microscopia. Una normale TAC, che utilizza la tecnologia del computer per creare immagini 3D dai raggi X, rileva solo il tessuto mineralizzato (duro), ma colorando il pene con iodio abbiamo potuto rilevare i dettagli dei tessuti molli. Questo ha significato che abbiamo potuto creare un modello 3D dell’intero pene dell’echidna e delle sue importanti strutture interne per vedere come funziona».

La maggior parte dei mammiferi ha un singolo tubo uretrale che porta lo sperma alla punta del pene. L’uretra dell’echidna inizia come un singolo tubo, ma verso la fine del pene si divide in due e ognuno di questi segmenti si divide di nuovo, con il risultato che ciascuno dei 4 rami finisce in uno dei 4 glandi.

Gli scienziati ricordano che «Inizialmente, pensavamo di trovare una sorta di meccanismo valvolare sull’uretra quando inizia a ramificarsi, in grado di controllare l’azione unilaterale vista nella nostra echidna addomesticata. Invece, abbiamo scoperto che i tessuti erettili che compongono il pene dell’echidna sono molto insoliti. Tutti i peni dei mammiferi sono costituiti da due tessuti erettili, il corpo cavernoso e il corpo spugnoso . Il ruolo principale del corpo cavernoso è quello di riempirsi di sangue e mantenere l’erezione. Anche il corpo spugnoso si riempie di sangue, ma il suo ruolo principale è quello di garantire che il tubo uretrale rimanga aperto durante l’erezione in modo che lo sperma possa passare. Nella maggior parte degli altri mammiferi, sia il corpo cavernoso che il corpo spugnoso iniziano come due tessuti separati alla base del pene, ma poi i corpi spugnosi si fondono in uno. Nell’echidna, i corpi cavernosi si fondono in un’unica struttura e i corpi spugnosi rimangono come due strutture separate.Inoltre, abbiamo scoperto che anche il principale vaso sanguigno del pene si divide in quattro rami seguendo la ramificazione dell’uretra».

Questo significa che l’estremità del pene dell’echidna agisce come due glandi separati. Il flusso sanguigno può essere diretto lungo un lato del corpo spugnoso o l’altro per controllare quale abbia l’erezione e quale ramo dell’uretra rimane aperto.

I ricercatori sottolineano che «Non siamo sicuri esattamente del motivo per cui usano solo due glandi alla volta. E’ possibile che abbia a che fare con la competizione maschile per le femmine. Alternando l’utilizzo di ciascun lato, la nostra echidna addomesticata può eiaculare 10 volte senza pause significative, permettendoi potenzialmente di accoppiarsi anche ai maschi meno efficienti».

I ricercatori hanno fatto un confronto anche con l’atro monotremo: «Superficialmente, il pene dell’ornitorinco sembra molto diverso: non solo ha solo due teste (o glandi), ma l’intero pene è ricoperto da spine cheratinose distinte. Tuttavia, le strutture interne appaiono molto simili a quelle dell’echidna. Attualmente, non disponiamo di dati sull’aspetto di un pene di ornitorinco eretto, quindi non sappiamo se utilizzano entrambi i glandi contemporaneamente».

La cosa certa è che il pene dell’echidna è molto insolito tra i mammiferi: anche alcuni marsupiali come il bilby (Macrotis leucura) hanno un’uretra divisa, ma  si divide solo in due rami e, in queste specie, sono i corpi cavernosi che si separano in due strutture quando l’uretra si divide.

Studi precedenti avevano suggerito che l’echidna somigliasse ad alcuni serpenti e lucertole che hanno emipeni (peni divisi). «Tuttavia – spiegano ancora i ricercatori – abbiamo scoperto che il pene dell’echidna aveva alcune somiglianze con quelli dei coccodrilli e delle tartarughe. Ad esempio, alcune tartarughe hanno un pene a cinque glandi, che sembra avere un’anatomia interna simile».

Ci sono alcune prove che il pene in tutti gli amnioti (rettili, uccelli e mammiferi) abbia la stessa origine evolutiva. I ricercatori australiani concludono: «Il nostro studio mostra che mentre il pene dell’echidna ha l’ origine da mammifero, ha alcune innovazioni evolutive tutte sue. Questo è probabilmente dovuto al fatto che non hanno bisogno di usare il loro pene per l’urina, quindi non avevano i vincoli evolutivi di altri mammiferi per attenersi al design standard del pene. Indipendentemente da questo, il pene dell’echidna funziona in modo efficiente per trasferire lo sperma direttamente nel tratto riproduttivo femminile».