Un team dell’Università di Ginevra ha scoperto le proprietà fisiche che generano i solchi sul naso di molti mammiferi.
Gli esseri viventi hanno forme notevoli, alcune delle quali possono essere identificate dalla loro colorazione o dai loro disegni. Le zebre e i ghepardi, ad esempio, si riconoscono per le ripetizioni geometriche sul loro manto, mentre le pigne possono essere identificate per i loro motivi regolari a spirale. Questi affascinanti motivi sono generati da diversi processi di morfogenesi, cioè dalla comparsa di forme durante lo sviluppo embrionale.
Da un lato, la morfogenesi chimica auto-organizzante permette a strutture o modelli di emergere da reazioni chimiche. Un esempio particolarmente significativo è il modello di reazione-diffusione di Turing, in cui le sostanze chimiche si diffondono e interagiscono per creare modelli relativamente regolari, come le strisce o le macchie sulla pelle di mammiferi e rettili. D’altra parte, alcune forme sono il risultato di vincoli meccanici. Le convoluzioni del cervello, per esempio, sono create da un processo di crescita differenziale: la corteccia forma delle pieghe perché cresce più velocemente dello strato più profondo a cui è attaccata.
La diversità della vita
Il gruppo guidato da Michel Milinkovitch, professore presso il Dipartimento di Genetica ed Evoluzione della Facoltà di Scienze dell’Università di Ginevra, studia l’evoluzione dei meccanismi di sviluppo alla base della complessità e della diversità delle specie. Trovare esempi per studiare la bellezza dei modelli viventi è facile. Basta guardarsi intorno! Il nostro ultimo studio si concentra sul naso del cane, la cui pelle presenta una rete unica di strutture poligonali", spiega Michel Milinkovitch.
Il vostro browser non supporta la visualizzazione di video con HTML5.
La pelle senza peli del rhinarium (naso) di molte specie di mammiferi presenta una rete di poligoni formati da scanalature nella pelle. Trattenendo i fluidi fisiologici, questi solchi mantengono il naso umido e, tra le altre cose, facilitano la raccolta di molecole odorose e feromoni. Il team ginevrino ha collaborato con l’Université Paris-Saclay, l’École Nationale Vétérinaire d’Alfort (Enva) e l’Institut de Neurosciences de San Juan de Alicante per raccogliere campioni di rinaria da embrioni di cane, mucca e furetto.
Visualizzazione 3D dei nasi
I campioni sono stati osservati con la microscopia a fluorescenza a fogli luminosi, una tecnica che consente di visualizzare le strutture biologiche in tre dimensioni. I ricercatori hanno scoperto che in tutte e tre le specie di mammiferi, le reti poligonali di pieghe nell’epidermide - lo strato esterno della pelle - compaiono durante l’embriogenesi e sono sistematicamente sovrapposte a una rete sottostante di vasi sanguigni rigidi situati nel derma - lo strato profondo della pelle. Hanno anche osservato che le cellule epidermiche proliferano più rapidamente di quelle dermiche.
I nuclei cellulari in grigio evidenziano lo strato basale dell’epidermide, mentre l’autofluorescenza in verde evidenzia la superficie epidermica e i vasi sanguigni. Dagenais, Milinkovitch
Vasi sanguigni, "pilastri architettonici
Utilizzando questi dati, un modello matematico ha permesso agli scienziati di effettuare simulazioni al computer della crescita dei tessuti. Queste tengono conto della differenza di velocità di crescita tra derma ed epidermide, della loro rispettiva rigidità e, soprattutto, della presenza di vasi sanguigni nel derma. Le nostre simulazioni numeriche mostrano che lo stress meccanico generato dalla crescita eccessiva dell’epidermide si concentra nelle posizioni dei vasi, che formano punti di appoggio rigidi. Gli strati epidermici vengono quindi spinti verso l’esterno, formando delle cupole - un po’ come delle volte che si ergono contro pilastri rigidi", spiega Paule Dagenais, ricercatrice post-dottorato presso il Dipartimento di Genetica ed Evoluzione della Facoltà di Scienze dell’Università di Ginevra e prima autrice dello studio.
Questi risultati dimostrano che nel caso della rinaria, la posizione delle strutture poligonali dell’epidermide è imposta dalla posizione dei vasi sanguigni rigidi del derma, che eserciteranno vincoli locali durante la crescita dell’epidermide, portando alla formazione di solchi e cupole in punti precisi. È la prima volta che questo meccanismo, che chiamiamo "informazione meccanica posizionale", viene descritto per spiegare la formazione di strutture durante lo sviluppo embrionale. Ma non abbiamo dubbi che aiuterà a spiegare la formazione di altre strutture biologiche associate alla presenza di vasi sanguigni", conclude Michel Milinkovitch.
