L’ammiccamento è fondamentale per l’occhio. È così che gli animali puliscono i loro occhi, li proteggono e persino comunicano. Ma come e perché ha avuto origine l’ammiccamento? I ricercatori del Georgia Institute of Technology, della Seton Hill University e della Pennsylvania State University hanno studiato il saltafango, un pesce anfibio che trascorre la maggior parte della sua giornata sulla terraferma, per capire meglio perché sbattere le palpebre è un comportamento fondamentale per la vita sulla terraferma.
Sebbene i saltafango siano lontanamente imparentati con i tetrapodi, il gruppo che comprende gli esseri umani e altri vertebrati a quattro zampe, i ricercatori credevano che lo studio del pesce potesse svelare come si è evoluto il battito delle palpebre quando questi animali hanno iniziato a muoversi sulla terraferma.
Il gruppo di ricerca, che comprendeva diversi studenti universitari, ha pubblicato le proprie scoperte nel documento “The Origin of Blinking in Both Mudskippers and Tetrapods Is Linked to Life on Land”, in Atti delle Accademie Nazionali delle Scienze.
“Confrontando l’anatomia e il comportamento dei saltafango con la documentazione fossile dei primi tetrapodi, sosteniamo che l’ammiccamento sia emerso in entrambi i gruppi come un adattamento alla vita sulla terraferma”, ha affermato Tom Stewart, assistente professore alla Penn State e autore dell’articolo. . “Questi risultati ci aiutano a comprendere la nostra stessa biologia e sollevano tutta una serie di nuove domande sulla varietà di comportamenti ammiccanti che vediamo nelle specie viventi”.
Abbattere Lampeggiante
I saltafango lampeggiano risucchiando l’occhio verso il basso nella loro orbita. Tuttavia, l’evoluzione di questo comportamento non ha richiesto l’evoluzione di molte nuove parti come nuovi muscoli o ghiandole speciali. Invece, i saltafango usano il loro set esistente di muscoli oculari in un modo nuovo.
“Questo è un risultato molto eccitante perché dimostra che l’evoluzione di un comportamento nuovo e complesso può essere raggiunta utilizzando un insieme di strutture relativamente rudimentale”, ha affermato Brett Aiello, ex borsista post-dottorato presso l’Agile Systems Lab e ora professore assistente presso Seton. Collina.
Successivamente, il gruppo di ricerca ha deciso di determinare perché i saltafango lampeggiano. In una serie di esperimenti, hanno scoperto che i saltafango lampeggiano per tre funzioni principali: bagnare, pulire e proteggere l’occhio. Queste funzioni sono anche il motivo per cui gli esseri umani e altri vertebrati terrestri lampeggiano.
“Scopriamo che un singolo comportamento può essere implementato per svolgere tre funzioni complesse e distinte”, ha affermato Aiello. “Questi risultati non solo aiutano gli esseri umani a comprendere la nostra storia, ma ci aiutano anche a rivalutare gli adattamenti necessari per le principali transizioni nella storia evolutiva dei vertebrati, come il passaggio dall’acqua alla terra”.
Il battito delle palpebre non è solo una domanda di ricerca unica, ma anche un meccanismo importante da comprendere, secondo Saad Bhamla, assistente professore presso la School of Chemical and Biomolecular Engineering della Georgia Tech e autore dell’articolo.
“Tutti sbattiamo le palpebre senza pensare, e capire perché sbattiamo le palpebre è proprio un bel puzzle proprio davanti ai nostri occhi”, ha detto Bhamla. “Attraverso la nostra ricerca sui saltafango e conducendo analisi biofisiche e morfologiche, esponiamo come il battito delle palpebre serva a una moltitudine di funzioni per adattarsi alla vita fuori dall’acqua”.
Coinvolgere gli studenti universitari
Per esplorare tali domande aperte, i ricercatori hanno avviato il programma Vertically Integrated Projects (VIP), che consente agli studenti universitari di condurre progetti di ricerca a lungo termine e su larga scala come parte dei loro corsi presso la Georgia Tech.
“La struttura del corso VIP consente agli studenti di fare davvero affidamento sulla propria creatività e guidare il progetto nelle direzioni che sono più interessanti per loro”, ha affermato Aiello. “Aiuta i nostri studenti ad acquisire la capacità di risolvere problemi sconosciuti sul campo non appena si presentano: molte persone diventano scienziati per spingere la ricerca da qualche parte dove nessun altro ha mai provato ad andare prima”.
La struttura VIP è intrinsecamente multidisciplinare. Mentre Aiello è un biologo, la maggior parte degli studenti erano ingegneri e hanno portato le rispettive competenze. Manognya Sripathi era una laureata in ingegneria biomedica con una specializzazione in informatica e ha offerto la sua esperienza unica al problema del saltafango.
“Ho usato le mie capacità informatiche per raccogliere dati grezzi e analizzarli e tracciarli usando programmi come MATLAB o Python”, ha detto Sripathi. “Ho anche usato le competenze ingegneristiche per aiutare a costruire l’attrezzatura sperimentale, permettendoci di applicare metodi ingegneristici per studiare un problema biologico in un modo unico”.
Andare oltre i Saltafango
La ricerca non solo ha ampliato la conoscenza dei saltafango, ma ha anche contribuito alle aspirazioni future di ogni studente. Ad esempio, la traiettoria di Kendra Washington è stata influenzata dai due semestri trascorsi in laboratorio.
“VIP mi ha avvicinato alle aree di programmazione e dispositivo della mia specializzazione in ingegneria biomedica e ha consolidato il motivo per cui ho preso una laurea in informatica”, ha detto. “Ho continuato a perseguire quella fusione attraverso successivi stage e ricerche, e ora lavoro con il monitoraggio emodinamico. Ma in un certo senso, aiuto ancora a caratterizzare la fisiologia attraverso la programmazione”.
VIP ha anche ampliato le conoscenze e l’esperienza scientifica degli studenti che li hanno spinti ben oltre il laboratorio. Hajime Minoguchi, laureato in ingegneria biomedica, ora lavora come ingegnere di ricerca e sviluppo per l’integrazione di sistemi grazie alla sua esperienza in classe.
“Lavorare in un team interdisciplinare come questo mi ha permesso di imparare a comprendere e comunicare idee tra le discipline, il che mi ha permesso di essere un ingegnere più completo”, ha detto Minoguchi. “Il mio lavoro richiede una conoscenza approfondita della biologia, dei circuiti elettrici, del software, del firmware, delle interazioni meccaniche e della fisica. Questa esperienza VIP è stata determinante per me per avere successo nel mio attuale lavoro.”
La ricerca è molto più grande della somma delle sue parti e porta a una maggiore comprensione dell’evoluzione, ha osservato Simon Sponberg, professore associato presso la School of Physics e la School of Biological Sciences.
“L’ammiccamento è il riflesso di una domanda più grande”, ha detto Sponberg. “Come si sono verificate le principali transizioni evolutive che hanno permesso agli organismi di abitare praticamente ogni ambiente su questo pianeta? Quello che abbiamo imparato è che non è necessaria l’evoluzione di molti muscoli o ghiandole specializzate; l’evoluzione può armeggiare con le strutture che sono già lì, permettendo loro di essere utilizzati in un modo nuovo e per un nuovo comportamento.”
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
