I geni della spugna suggeriscono le origini dei neuroni e di altre cellule

Infatti, molte cellule multifunzionali nelle spugne esprimono moduli di geni solitamente associati a cellule specializzate in animali più complessi come i vertebrati. Ad esempio, le cellule neuroidi spugnose non solo esprimono parte del meccanismo presinaptico dei neuroni, ma esprimono anche geni immunitari. (È possibile che se le cellule neuroidi monitorano il contenuto microbico delle camere digestive per le spugne, questi geni immunitari aiutano in quel ruolo.) Le spugne hanno anche cellule chiamate pinacociti che si contraggono all’unisono come le cellule muscolari per spremere l’animale ed eliminare i rifiuti o detriti indesiderati ; i pinacociti hanno alcuni macchinari sensoriali che rispondono all’ossido nitrico, un vasodilatatore.

“L’ossido nitrico è ciò che rilassa la nostra muscolatura liscia nei nostri vasi sanguigni, quindi quando i nostri vasi sanguigni si espandono, è l’ossido nitrico che causa quel rilassamento”, ha detto Musser. “E abbiamo effettivamente dimostrato attraverso esperimenti sulla carta che l’ossido nitrico regola anche le contrazioni in questa spugna”. Come il glutammato, l’ossido nitrico potrebbe essere stato parte di un meccanismo di segnalazione precoce per coordinare i comportamenti primitivi nella spugna, suggerisce.

“I nostri dati sono molto coerenti con questa nozione che un gran numero di importanti pezzi funzionali di macchinari esisteva all’inizio dell’evoluzione animale”, ha detto Musser. “E gran parte della prima evoluzione animale riguardava l’inizio della suddivisione in cellule diverse. Ma probabilmente questi primissimi tipi di cellule erano molto multifunzionali e dovevano fare più cose”. Le prime cellule animali, come i loro parenti stretti, i protozoi, dovevano probabilmente essere coltellini svizzeri cellulari. Con l’evoluzione degli animali multicellulari, le loro cellule potrebbero aver assunto ruoli diversi, una divisione del lavoro che potrebbe aver portato a tipi di cellule più specializzati. Ma diversi lignaggi di animali possono aver diviso le cose in modo diverso e in gradi diversi.

Se la combinazione e l’abbinamento dei moduli genetici era un tema cruciale della prima evoluzione animale, allora confrontare la disposizione e l’espressione di quei moduli in specie diverse potrebbe dirci della loro storia e delle possibili limitazioni su come possono essere mescolati a casaccio. Un ricercatore in cerca di quelle risposte è Arnau Sebé-Pedrós, che studia l’evoluzione del tipo cellulare presso il Centro per la regolazione genomica di Barcellona e che ha pubblicato il primo atlanti dei tipi cellulari nelle spugne, placozoi e pettine gelatine nel 2018.

Sebé-Pedrós pensa che la configurazione spaziale dei geni lungo i cromosomi potrebbe essere rivelatrice perché i geni situati insieme possono condividere il meccanismo di regolazione. “Sono assolutamente scioccato dal grado di conservazione degli ordini genici nei genomi animali”, ha detto. Sospetta che la necessità di co-regolare insiemi di geni funzionalmente correlati li mantenga nella stessa vicinanza cromosomica.

Gli scienziati sono ancora agli inizi per imparare come i tipi di cellule si evolvono e si relazionano tra loro. Ma per quanto sia importante chiarire le origini fangose ​​dell’evoluzione animale, anche gli atlanti delle cellule spugnose stanno dando un contributo importante rivelando le possibilità nella biologia delle cellule animali. “Non è solo importante per noi capire l’origine stessa degli animali”, ha detto Sebé-Pedrós, “ma anche capire cose che possono essere radicalmente diverse da qualsiasi altra cosa sappiamo sugli altri animali”.


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Storia originale ristampato con il permesso di Rivista Quanta, una pubblicazione editorialmente indipendente del Fondazione Simons la cui missione è migliorare la comprensione pubblica della scienza coprendo gli sviluppi della ricerca e le tendenze nella matematica e nelle scienze fisiche e della vita.

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