Due studi pubblicati nell’ultimo numero di Scienzaguidato dal Dr. Fernando García-Moreno, ricercatore Ikerbasque presso il Centro Basco Achucarro per le neuroscienze e l’Università del paese basco (UPV/EHU), insieme a collaboratori, hanno rivelato che uccelli, rettili e mammiferi hanno sviluppato complessi circuiti cerebrali complessi indipendentemente, nonostante condivida un antenato comune. Questi risultati sfidano la visione tradizionale dell’evoluzione cerebrale e dimostrano che, mentre esistono funzioni cerebrali comparabili tra questi gruppi, i meccanismi di formazione embrionale e i tipi di cellule hanno seguito traiettorie evolutive divergenti.
Il pallio è la regione del cervello in cui la neocorteccia si forma nei mammiferi, la parte responsabile di funzioni cognitive e complesse che distingue maggiormente gli umani dalle altre specie. Il pallio è stato tradizionalmente considerato una struttura comparabile tra mammiferi, uccelli e rettili, variando solo a livelli di complessità. Si presumeva che questa regione ospitasse simili tipi neuronali, con circuiti equivalenti per l’elaborazione sensoriale e cognitiva. Precedenti studi avevano identificato la presenza di neuroni eccitatori e inibitori condivisi, nonché di modelli di connettività generali che suggeriscono un percorso evolutivo simile in queste specie vertebrate. Tuttavia, i nuovi studi hanno rivelato che, sebbene le funzioni generali del pallio siano equivalenti tra questi gruppi, i suoi meccanismi di sviluppo e l’identità molecolare dei suoi neuroni si sono discostati sostanzialmente durante l’evoluzione.
Il primo studio, condotto da Eritz Rueda-Alaña e Fernando García-Moreno ad Achucarro, con il sostegno di un team multidisciplinare di collaboratori dei centri di ricerca baschi Cicbiogune e BCAM, il CNIC con sede a Madrid, l’Università di Murcia, Krembil (Canada (Canada ) e l’Università di Stoccolma mostra che mentre uccelli e mammiferi hanno sviluppato circuiti con funzioni simili, il modo in cui si formano questi circuiti durante lo sviluppo embrionale è radicalmente diverso. “I loro neuroni nascono in diverse località e tempi di sviluppo in ogni specie”, spiega la dott.ssa García-Moreno, responsabile dello sviluppo del cervello e del laboratorio di evoluzione “, indicando che non sono neuroni comparabili derivati da un antenato comune”. Usando la trascrittomica spaziale e la modellazione matematica, i ricercatori hanno scoperto che i neuroni responsabili dell’elaborazione sensoriale negli uccelli e nei mammiferi si formano usando diversi set di geni. “Gli strumenti genetici che usano per stabilire la loro identità cellulare variano da specie a specie, ognuno dei quali mostrano nuovi e unici tipi di cellule.” Tutto ciò indica che queste strutture e circuiti non sono omologhi, ma piuttosto il risultato dell’evoluzione convergente, il che significa che “hanno sviluppato in modo indipendente questi circuiti neurali essenziali attraverso diversi percorsi evolutivi”.
Il secondo studio esplora ulteriormente queste differenze. Condotto all’Università di Heidelberg (Germania) e co-diretta da Bastienne Zaremba, Henrik Kaessmann e Fernando García-Moreno, fornisce un atlante di tipo cellulare dettagliato del cervello aviario e lo confronta con quelli di mammiferi e rettili. “Siamo stati in grado di descrivere i centinaia di geni che ogni tipo di neurone utilizza in questi cervelli, cellula per cellula e confrontarli con strumenti bioinformatici”. I risultati mostrano che gli uccelli hanno mantenuto la maggior parte dei neuroni inibitori presenti in tutti gli altri vertebrati per centinaia di milioni di anni. Tuttavia, i loro neuroni eccitatori, responsabili della trasmissione di informazioni nel pallio, si sono evoluti in modo unico. Solo pochi tipi neuronali nel cervello aviario sono stati identificati con profili genetici simili a quelli trovati nei mammiferi, come il claustrum e l’ippocampo, suggerendo che alcuni neuroni sono molto antichi e condivisi tra le specie. “Tuttavia, la maggior parte dei neuroni eccitatori si sono evoluti in modi nuovi e diversi in ogni specie”, dettaglia la dott.ssa García-Moreno.
Gli studi, pubblicati inScienzautilizzato tecniche avanzate nella trascrittomica spaziale, nella neurobiologia dello sviluppo, nell’analisi singola e nella modellazione matematica per tracciare l’evoluzione dei circuiti cerebrali in uccelli, mammiferi e rettili.
Riscrivere la storia evolutiva del cervello
“I nostri studi dimostrano che l’evoluzione ha trovato soluzioni multiple per costruire cervelli complessi”, spiega la dott.ssa García-Moreno. “Gli uccelli hanno sviluppato circuiti neurali sofisticati attraverso i propri meccanismi, senza seguire lo stesso percorso dei mammiferi. Ciò cambia il modo in cui comprendiamo l’evoluzione del cervello.”
Questi risultati evidenziano la flessibilità evolutiva dello sviluppo del cervello, dimostrando che le funzioni cognitive avanzate possono emergere attraverso percorsi genetici e cellulari molto diversi.
L’importanza di studiare l’evoluzione del cervello
“Il nostro cervello ci rende umani, ma ci lega anche ad altre specie animali attraverso una storia evolutiva condivisa”, spiega la dott.ssa García-Moreno. La scoperta che uccelli e mammiferi hanno sviluppato circuiti neurali in modo indipendente ha importanti implicazioni per le neuroscienze comparative. Comprendere i diversi programmi genetici che danno origine a specifici tipi neuronali potrebbe aprire nuove strade per la ricerca nello sviluppo del neurosal. La dott.ssa García-Moreno sostiene questo tipo di ricerca fondamentale: “Solo capendo come si forma il cervello, sia nel suo sviluppo embrionale che nella sua storia evolutiva, possiamo davvero capire come funziona”.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
