Davide Bertè 10 gennaio 2011

Evo-Devo è un acronimo che sta per Evolutionary Developmental Biology -biologia evolutiva dello sviluppo- ed è la scienza che si occupa di studiare il processo di sviluppo che dalla cellula uovo porta all’organismo finito.
Tutte le cellule di un organismo contengono lo stesso DNA, cioè hanno la stessa informazione genetica, eppure durante lo sviluppo si differenzieranno e alcune diventeranno cellule muscolari, altre scheletriche e così via… Come ciò sia possibile, quali siano le cause che regolano il differenziamento e i tempi di sviluppo, è campo di indagine dell’Evo-Devo.

Mutazioni teratologiche

Agli albori di questa scienza ci si doveva basare essenzialmente sull’osservazione di alcune, sporadiche, mutazioni teratologiche (=mostruose) che avvenivano spontaneamente in natura.
Alterazioni nei tempi di sviluppo ed errori nell’informazione genetica portavano alla nascita di organismi con gravi mutazioni.
Famosa è la mutazione del moscerino della frutta, Drosophila melanogaster, nota come antennapedia: gli individui che la presentano hanno delle zampe sulla testa al posto delle antenne! Questo mise in evidenza che gli organismi sono composti da parti metameriche, ripetute in serie, che sono omologhe tra loro e che si differenziano solo per differenze nei tempi di sviluppo (un’antenna non sarebbe altro che una zampa modificata).
Era necessario, per affrontare il problema, conoscere bene i meccanismi di sviluppo embrionale. Il premio Nobel Hans Spemann fece vari esperimenti tagliando cellule uovo per vedere a quale punto dello sviluppo si originavano determinate strutture e se c’erano differenze tra le varie parti di una cellula uovo. Si scoprì che nella cellula uovo ben presto si sviluppa una polarità che guida lo sviluppo; si diede il via allo studio della geografia dell’uovo.

La genetica

Si rendeva necessario, dopo i primi e necessariamente grezzi esperimenti, un approfondimento della questione. Innanzitutto bisognava capire se ogni gene codificava per una singola caratteristica, in un rapporto uno a uno. Ci si accorse presto che non era così. L’espressione dei geni era dovuta a geni regolatori che fungono da interruttori genetici e che determinano come e quando un gene deve essere espresso. Un gene può avere più interruttori per diverse sezioni dello schema spaziale  di espressione in un certo momento dello sviluppo ma anche diversi interruttori che regolano la formazione di schemi di espressione nei vari tessuti e nei vari momenti dello sviluppo. Come si vede la situazione diventa complicata… Per chiarire: un esperimento prevedeva l’impianto di cellule embrionali di topo, destinate a formare l’occhio, su una Drosophila. Il risultato incredibile di questo esperimento fu… che il moscerino sviluppò un occhio a partire dalle cellule del topo. La cosa veramente interessante però, fu che non si sviluppò l’occhio di un vertebrato, bensì un occhio composto. Questa storia, quindi, ci insegna che non sono tanto i geni a determinare un carattere ma piuttosto le variazioni nei geni regolatori.
Inoltre, un organismo potrebbe avere perfettamente le istruzioni per sviluppare un carattere, ma l’intervento di un interruttore può impedirne lo sviluppo. Se questo interruttore però si dovesse “rompere” avremmo una mutazione e la ricomparsa di caratteri atavici (che erano presenti nell’antenato): è così che può capitare che i polli sviluppino denti e i cavalli presentino dita sovrannumerarie invece dell’unico dito che hanno normalmente…

La lezione dell’Evo-Devo

Quello che ci insegna questa disciplina è che spesso, a grandi differenze morfologiche, non corrispondono grandi differenze nei geni. Le grandi differenze che osserviamo possono essere provocate “semplicemente” da piccoli cambiamenti nei tempi di sviluppo, da quando e dove viene espresso un determinato gene. Da parti ripetute in serie, si modificarono alcune strutture come nel caso degli artropodi, dove le zampe sono state modificate in antenne e mascelle!

Per approfondire:
Carroll S.B. 2006 Infinite forme bellissime. La nuova scienza dell’Evo-Devo. Codice Edizioni, Torino.
Giavini E. 1989 Embriologia comparata dei vertebrati. Edises, Milano.
Gould S.J. 1977 Ontogeny and phylogeny. The Belknap Press of Harvard University Press. (Tomo purtroppo mai tradotto in italiano ma veramente essenziale se volete accostarvi all’argomento).
Gould S.J. 2006 Denti di gallina e dita di cavallo. In: Quando i cavalli avevano le dita Pp: 179-188. Feltrinelli, Milano.
Gould S.J. 2006 In che modo si formano le strisce della zebra. In: Quando i cavalli avevano le dita Pp: 371-380. Feltrinelli, Milano.