Un minuscolo verme oceanico ha appena rivelato un grande segreto su come si evolvono gli occhi

Le persone in genere associano gli occhi complessi a mammiferi, uccelli o forse polpi. Tuttavia, i vermi anellidi marini come il bristleworm Platynereis dumerilii possiedono occhi con un design simile a una macchina fotografica simile a quelli dei vertebrati e dei cefalopodi, e alcune specie possono vedere con dettagli sorprendenti. Gli scienziati si chiedono da tempo come questi occhi degli invertebrati continuino a crescere durante l’età adulta. Un team collaborativo dell’Università di Vienna, dell’Istituto Alfred Wegener di Bremerhaven e dell’Università di Oldenburg ha iniziato a indagare su questa domanda e ha scoperto risultati che mettono in discussione le ipotesi tradizionali.

Evoluzione parallela e zone di crescita nascoste

Gli occhi a forma di telecamera sia nei vertebrati che negli invertebrati sono classici esempi di evoluzione parallela, che nascono indipendentemente come soluzioni comparabili a bisogni biologici simili. Per capire come questi occhi continuano a svilupparsi dopo la maturità, i ricercatori hanno esaminato gli occhi degli adulti Platynereisun organismo modello consolidato per lo studio dei fotorecettori e dell’evoluzione del cervello.

Utilizzando il sequenziamento dell’RNA di singole cellule, la prima autrice Nadja Milivojev del Dipartimento di Neuroscienze e Biologia dello Sviluppo dell’Università di Vienna, ha identificato le firme molecolari associate alle cellule staminali e ha tracciato la loro posizione e il loro comportamento nella retina del verme. Il suo lavoro ha rivelato una regione distinta lungo il bordo della retina che è densamente piena di cellule staminali neurali in divisione ogni volta che l’occhio adulto si espande. “È stato straordinario trovare cellule in divisione sul bordo della retina del verme, lo stesso luogo in cui alcuni gruppi di vertebrati mantengono le loro cellule staminali retiniche per la crescita degli occhi per tutta la vita”, afferma Milivojev.

Si ritiene che questa regione, nota come “zona marginale ciliare”, supporti la crescita continua dell’occhio, un modello ora osservato anche nella retina delle setole. L’autore senior Florian Raible, dell’Università di Vienna, osserva che nei vertebrati come i pesci e gli anfibi, questa regione produce nuovi neuroni retinici mentre l’organismo continua a crescere. Spiega: “Sorprendentemente, il lavoro di Nadja ha dimostrato che gli occhi delle setole possono anche aggiungere nuove cellule fotorecettrici ed espandere le loro dimensioni, una caratteristica che non è stata ben studiata al di fuori della linea dei vertebrati”.

Meccanismi di risposta alla luce nello sviluppo degli occhi

Il team ha inoltre scoperto che la luce nell’ambiente circostante i vermi svolge un ruolo diretto nella regolazione della crescita degli occhi. Analisi genetiche e molecolari hanno rivelato che responsabile di questo effetto è una proteina sensibile alla luce chiamata c-opsina. Questa molecola si trova anche nei bastoncelli e nei coni dei vertebrati. Ricerche precedenti avevano suggerito che gli occhi dei vermi facevano affidamento su una diversa classe di opsine, quindi la presenza di una c-opsina di tipo vertebrato è stata una scoperta inaspettata. Milivojev e colleghi hanno determinato che questa molecola appare nei primi precursori delle cellule fotorecettrici del verme, indicando che agisce come un interruttore molecolare che collega l’esposizione alla luce all’attività delle cellule staminali. Questi risultati mostrano che i sistemi visivi non solo rilevano la luce ma possono anche adattare il loro sviluppo in risposta ad essa.

Connessioni evolutive e nuove domande

I risultati colmano una lacuna di lunga data nella comprensione di come sia gli occhi dei vertebrati che quelli degli invertebrati continuino a crescere e a sostenersi. Dimostrandolo Platynereis gli occhi dipendono da un anello di cellule staminali neurali avvicina i ricercatori alla scoperta dei principi universali che guidano l’evoluzione degli organi sensoriali. I risultati sollevano anche diverse nuove domande. Potrebbero altre popolazioni di cellule staminali nel corpo reagire alla luce ambientale? E in che modo l’illuminazione artificiale potrebbe interferire con questi processi biologici naturali? I ricercatori sperano che gli studi futuri che esplorano i sistemi di cellule staminali del verme possano aiutare a rispondere a queste domande, offrendo nuove informazioni su come il sistema nervoso si adatta e si ripara. L’autrice senior Kristin Tessmar-Raible (Università di Vienna, Istituto Alfred Wegener, Università di Oldenburg) sottolinea che “la ricerca di base per scoprire l’inaspettato è essenziale per comprendere la complessità biologica della vita e le possibili conseguenze degli impatti antropici”.

Riepilogo

• I ricercatori dell’Università di Vienna e dell’Istituto Alfred-Wegener hanno studiato i vermi marini adulti, un modello prezioso per scoprire come si sviluppano gli occhi e il cervello e come la luce influenza la biologia oltre la visione.
• La squadra ha scoperto che gli occhi di Platynereis dumerilii continuano a crescere per tutta la vita del verme. Questa crescita continua è alimentata da un anello di cellule staminali neurali simile alla zona di crescita osservata in alcuni vertebrati che continuano ad espandere i loro occhi da adulti.
• Il loro lavoro aiuta a risolvere una questione di vecchia data su come gli occhi a forma di macchina fotografica sia negli invertebrati che nei vertebrati crescono e si mantengono. I risultati suggeriscono che anche attraverso percorsi evolutivi molto diversi, molti animali si affidano a strategie cellulari condivise per la crescita e la flessibilità.
• Mostrandolo Platynereis Gli occhi dipendono da questo anello di cellule staminali, lo studio avvicina gli scienziati all’identificazione delle regole universali che modellano l’evoluzione degli organi sensoriali.