Che voli, cammini o nuota, quasi ogni animale ha un corpo fatto di immagini speculari, con il lato sinistro che riflette il destro. Ma questa simmetria corre in gran parte in profondità. All'interno degli umani, ad esempio, il cuore si trova a sinistra mentre il fegato si inarca a destra.
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Nel secolo scorso, gli scienziati hanno cercato il codice genetico che dà origine all'asimmetria interna nel regno animale, per creare un quadro più completo di come si sviluppano tutte le creature. Questi geni possono anche essere fatti risalire a miliardi di anni prima dell'ultimo antenato comune universale. Ora un team internazionale pensa di averlo trovato, o almeno, parte di esso, grazie all'umile lumaca di stagno.
A differenza della maggior parte degli animali, le lumache portano la loro asimmetria sulla schiena sotto forma di riccioli delle loro conchiglie. Per finire, le lumache non vanno necessariamente sempre nello stesso modo: la maggior parte si arriccia a destra, ma altre possono arricciarsi a sinistra.
In uno studio pubblicato questa settimana sulla rivista Current Biology , gli scienziati riportano che il gene della formina può controllare se gli embrioni di lumaca iniziano a sviluppare un guscio arricciato a sinistra o a destra. Apportando una singola modifica ai miliardi di lettere molecolari che compongono il genoma della lumaca, i ricercatori possono spostare un bigodino destro a sinistra.
"Puoi paragonare la ricerca del gene alla ricerca di un ago in un pagliaio", afferma l'autore principale Angus Davison, dell'Università di Nottingham.
Davison e i suoi colleghi hanno mappato i genomi di oltre 3.000 lumache di laghetto giganti, o Lymnaea stagnalis, e hanno cercato differenze tra i molluschi a spirale sinistra e destra. Inizialmente si restrinsero dove si nascondeva il gene di interesse e poi iniziarono a cercare differenze chiave nel modo in cui i geni stavano facendo il loro lavoro, ovvero costruendo proteine che controllano la biologia di un animale.
Sebbene sia un compito monumentale, Davison afferma di aver preso una pausa. Il team ha trovato una mutazione in un gene che ha disattivato la produzione di proteine nella versione antioraria della lumaca.
Sebbene i gusci di lumaca di stagno di solito si arricciano in senso orario, possono anche arricciarsi nella direzione opposta, con alcune conseguenze interessanti. Per uno, accoppiarsi con le loro controparti destrorse è quasi impossibile. (Fotografia di Esther de Roij e Gary McDowell, composizione digitale di Jeremy Guay, Peregrine Creative) "Siamo stati davvero fortunati, perché si è scoperto che la mutazione elimina la funzione del gene", spiega. Questo non è sempre il caso. Sebbene un gene mutato sembri nefasto, la maggior parte di queste alterazioni naturali del genoma non ha molto effetto sui loro ospiti. In questo caso, tuttavia, un piccolo cambiamento nel gene in questione - la formina - gli ha impedito di costruire proteine.
Gli scienziati hanno quindi cercato di cambiare il modo in cui si sviluppano le lumache baby trattando gli embrioni di lumaca con un farmaco anti-formina. Come previsto, il farmaco ha causato le lumache che normalmente si arricciano in senso orario per torcere la direzione opposta.
Nessuna delle lumache invertite è sopravvissuta al trattamento. La ragione esatta di ciò è ancora sconosciuta, poiché alcune lumache esistono naturalmente con un ricciolo in senso antiorario. Ma "è molto difficile cambiare l'asimmetria senza cambiare anche altre importanti funzioni", afferma Davison. E la formina è un gene precedentemente scoperto per aiutare a costruire impalcature cellulari in tutti gli animali, quindi alterazioni del gene potrebbero avere conseguenze letali per le cellule.
Curioso se questo gene potesse essere importante per l'asimmetria in altri organismi, il team ha trattato lo sviluppo di embrioni di rana con lo stesso farmaco anti-formina e hanno ottenuto risultati simili: alcune rane hanno fatto crescere i cuori sul lato "sbagliato" dei loro corpi. Ciò suggerisce che l'asimmetria che si nasconde in molte più specie può anche essere controllata, almeno in parte, dalla proteina formina.
Questo studio copre oltre un secolo di intrighi che circondano il ricciolo dei gusci di lumaca.
Il patologo Arthur Edwin Boycott e il suo amico, naturalista dilettante Capitan C. Diver, pubblicarono la scoperta di un controllo genetico per torcere gusci di lumache nel 1923, basato sul loro lavoro di allevamento di lumache in barattoli di vetro. Ma a differenza dei geni ereditati per il colore degli occhi umani, una lumaca curling destra non porta necessariamente un gene formina curling destra.
Gli scienziati hanno impiegato quasi 60 anni per capire come funziona. Si scopre che il ricciolo della lumaca è controllato da una sostanza che la mamma lumaca - un termine vagamente usato, poiché le lumache sono ermafroditi - inclusa nelle viscere dell'uovo o nel citoplasma. Questa sostanza ha alterato il bambino in via di sviluppo, influenzando la sua direzione di arricciatura.
"Questo è stato 34 anni fa", dice il biologo Richard Palmer, che non è stato coinvolto nello studio, "e hanno cercato di determinare quale [quella sostanza era] da allora."
Entra Davison e i suoi colleghi. Usando le moderne tecniche di laboratorio, il team non solo ha identificato il gene, ma ha anche determinato che piccole asimmetrie subcellulari possono essere rilevate quando l'embrione ha solo due cellule di grandi dimensioni. I risultati suggeriscono che "esiste un sistema universale che controlla l'asimmetria a livello macro", afferma Palmer.
Dopo aver sentito inizialmente la scoperta, la sua risposta con una sola parola ha riassunto la lunga ricerca: "Finalmente".
Ma il caso non è ancora del tutto chiuso. Il controllo del gene sull'avvolgimento non si applica a tutte le lumache di terra, e c'è la fastidiosa domanda sul perché le lumache, a differenza degli umani, non mostrano tutte la stessa preferenza asimmetrica e costantemente si arricciano nella stessa direzione, dice Palmer.
La formina è probabilmente solo una in un insieme di geni che controlla la simmetria tra gli animali, afferma Davison. Ma ora che hanno finalmente questo gene nel mirino, il team spera che questi piccoli riccioli li aiutino a svelare perché tutti siamo un po 'fuori controllo all'interno.
Gli scienziati sono stati sorpresi di scoprire che, diversamente dalla lumaca di stagno, i cambiamenti al gene della formina non sembrano controllare la direzione del ricciolo di questa lumaca di terra giapponese. (Esther de Roij)
