Il paradosso della coda delle lucertole. Le lucertole e la genetica della coda che ricresce / The lizard tail paradox. Lizards and the genetics of the growing tail

Il paradosso della coda delle lucertole. Le lucertole e la genetica della coda che ricresce / The lizard tail paradox. Lizards and the genetics of the growing tail

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Lucertole e gechi abbandonano la coda se sono minacciati, ma di solito se la tengono stretta: come decidono quando staccarla?

Nessun animale si lascia volentieri indietro un pezzo di sé, ma quando tocca decidere tra la vita e la morte, meglio abbandonare una coda che rimetterci la pelle. Le lucertole sono maestre in questa capacità di staccare parti del corpo (autotomia): la loro coda continua ad agitarsi anche dopo la "cesura", confondendo i predatori e lasciandole libere di fuggire. Molte possono poi rigenerare l'appendice perduta.

Come questo taglio possa avvenire così facilmente nelle situazioni di pericolo rimane un mistero. O, per vedere la questione dal verso opposto: che cosa tiene la coda delle lucertole così ben attaccata al resto del corpo, in tutte le altre circostanze?

UN DIFFICILE EQUILIBRIO. 

Yong-Ak Song, un ingegnere biomeccanico della New York University Abu Dhabi, lo chiama "il paradosso della coda". Quella delle lucertole e di altri piccoli rettili, come i gechi, deve essere in grado di staccarsi rapidamente, a comando, ed allo stesso tempo di non essere persa per strada nelle situazioni in cui avere una coda può essere utile - per esempio per fare manovra, o impressionare le partner.

Per capire come le due cose siano possibili in uno stesso animale Song ha interpellato, o meglio infastidito alcuni assidui frequentatori del suo campus universitario - diversi esemplari di due specie di gechi e di una lucertola del deserto (Acanthodactylus schmidti). Prima di riportare i rettili all'aperto, gli scienziati hanno tirato le loro code con le dita, obbligandoli all'autotomia, filmando il tutto con videocamere ad alta velocità, capaci di catturare 3.000 fotogrammi al secondo.

FIBRE APPOGGIATE.

 A questo punto gli scienziati hanno esaminato coda e zona amputata al microscopio elettronico. Precedenti ricerche avevano evidenziato che nell'area della frattura i muscoli della coda assumono una conformazione "a presa ed a spina", con alcune protuberanze innestate in altrettante cavità, e che quelle protuberanze sono a loro volta composte da tanti micropilastri. Questa volta il gruppo ha analizzato più nel dettaglio l'interno delle cavità (le "prese"): ci si aspettava di trovare delle scanalature in cui le spine potessero inserirsi, per creare un perfetto incastro. Invece è emersa una superficie prevalentemente liscia, come se le protuberanze muscolari sfiorassero appena le cavità opposte.

IL SEGRETO? IL VUOTO.

I micropilastri erano inoltre cosparsi di nanopori, spazi vuoti che sarebbero la chiave per tenere la coda attaccata al corpo. Queste intercapedini assorbono infatti l'energia della trazione e mantengono le appendici intatte anche in situazioni di forte deformazione elastica. L'intuizione è stata confermata studiando modelli di coda di lucertole realizzati in vetro ed abbinati a cerotti in silicone, con o senza nanopori. Le finte code con nanopori in silicone erano più flessibili, e difficilmente si rompevano nel momento sbagliato.

SE LA PIEGO, SI SPEZZA. 

Come fanno allora le lucertole a perdere la coda a piacimento? Dalle simulazioni si è capito che era 17 volte più probabile che le code si spezzassero quando venivano piegate, rispetto a quando venivano tirate. I video in slow-motion hanno confermato che le lucertole impaurite giravano la coda, cambiandone l'angolazione, quando volevano perderla per sfuggire dalle grinfie dei ricercatori.

PARADOSSO RISOLTO.

 La ricerca, pubblicata su Science, potrebbe servire a migliorare il modo di attaccare le protesi od a perfezionare la capacità adesiva di cerotti e innesti cutanei; si potrebbero anche inventare robot in grado di perdere pezzi a comando pur di "sopravvivere". Ma il suo valore è soprattutto scientifico: è semplicemente interessante capire quali strategie le lucertole mettono in atto per sfuggire ai predatori.

Individuati i geni responsabili della rigenerazione della coda di questi rettili: una scoperta che potrebbe servire a stimolare la ricrescita di muscoli, cartilagini e altri tessuti del corpo umano.

Gli anolidi della Carolina (Anolis carolinensis) lucertole arboricole di color verde brillante, possono fregiarsi di una curiosa strategia difensiva: se minacciati da un predatore, perdono parte della coda, lasciando l'avversario alle prese con l'estremità mentre se la danno a gambe. Nel giro di un paio di mesi, la coda ricresce: una dote invidiabile, che la medicina rigenerativa studia da tempo. Non sarebbe un sogno poter far ricrescere le parti del corpo umano che vengono perse, o danneggiate?

QUALCOSA IN COMUNE.

 Ora uno studio pubblicato su PLoS ONE fa luce sul meccanismo che rende possibile il processo di rigenerazione: dipenderebbe in gran parte da geni che questi rettili condividono con i mammiferi, esseri umani inclusi.

I ricercatori dell'Arizona State University hanno individuato almeno 326 geni che si attivano in specifiche regioni della coda in fase di rigenerazione, tra cui geni implicati nello sviluppo embrionale e nella guarigione dalle ferite. 302 di questi "interruttori" genetici sono simili a geni posseduti anche dai mammiferi. «Le lucertole condividono in gran parte gli stessi strumenti genetici dell'uomo» spiega Kenro Kusumi, principale autore dello studio.

RICRESCITA PECULIARE.

Altri animali, come le salamandre o alcune specie di pesci, oltre a varie specie di lucertole, vantano abilità rigenerative. Ma il caso dell'anolide della California è diverso: la ricrescita del tessuto avviene su tutta la lunghezza della coda, e non solo all'estremità come negli altri animali. «Le lucertole sono gli animali più vicini all'uomo a poter rigenerare intere appendici» precisa Kusumi. Durante la rigenerazione della coda, vengono attivati i geni in un particolare percorso, la cosiddetta via di trasduzione del segnale Wnt, un meccanismo di regolazione dell'espressione genica coinvolto nei processi di differenziazione e proliferazione delle cellule staminali.

LE PROSPETTIVE FUTURE. 

«Seguendo la ricetta genetica della rigenerazione scoperta per le lucertole, e controllando gli stessi geni nelle cellule umane, potrebbe essere possibile, un giorno, rigenerare muscoli, cartilagine e persino midollo spinale» conclude Kusumi. Ma la strada della ricerca, in questo campo, è ancora lunga.

ENGLISH

Lizards and geckos drop their tails if they are threatened, but usually hold on to it: how do they decide when to detach it?

No animal willingly leaves a piece of itself behind, but when it comes to deciding between life and death, it is better to abandon a tail than to lose its skin. Lizards are masters in this ability to detach parts of the body (autotomy): their tail continues to shake even after the "caesura", confusing predators and leaving them free to escape. Many can then regenerate the lost appendix.

How this cut can happen so easily in dangerous situations remains a mystery. Or, to look at the question from the other side: what keeps the lizard's tails so well attached to the rest of the body under all other circumstances?

A DIFFICULT BALANCE.

Yong-Ak Song, a biomechanical engineer from New York University Abu Dhabi, calls it "the queue paradox." That of lizards and other small reptiles, such as geckos, must be able to detach quickly, on command, and at the same time not be lost on the road in situations where having a tail can be useful - for example to maneuver. , or impress partners.

To understand how the two things are possible in the same animal, Song consulted, or rather annoyed, some frequent visitors of his university campus - several specimens of two species of geckos and a desert lizard (Acanthodactylus schmidti). Before bringing the reptiles back into the open, the scientists tugged at their tails with their fingers, forcing them to do autotomy, filming everything with high-speed cameras capable of capturing 3,000 frames per second.

SUPPORTED FIBERS.

At this point, the scientists examined the tail and amputated area under an electron microscope. Previous research had shown that in the area of ​​the fracture the muscles of the tail assume a "plug and plug" conformation, with some protuberances grafted into as many cavities, and that those protuberances are in turn composed of many micro-pillars. This time the team analyzed the inside of the cavities (the "sockets") in more detail: they expected to find grooves where the pins could fit, to create a perfect fit. Instead, a predominantly smooth surface emerged, as if the muscular protuberances just touched the opposite cavities.

THE SECRET? THE VOID.

The micro-pillars were also sprinkled with nanopores, empty spaces that would be the key to keeping the tail attached to the body. These cavities in fact absorb the traction energy and keep the appendages intact even in situations of strong elastic deformation. The insight was confirmed by studying lizard tail models made of glass and paired with silicone patches, with or without nanopores. The silicone nanopore fake tails were more flexible, and hardly broke at the wrong time.

IF I FOLD IT, IT BREAKS. 

So how do lizards lose their tails at will? From simulations, it was understood that tails were 17 times more likely to break when bent than when pulled. Slow-motion videos confirmed that the frightened lizards turned their tails, changing the angle, when they wanted to lose it to escape from the clutches of the researchers.

PARADOX SOLVED.

The research, published in Science, could serve to improve the way implants are attached or to improve the adhesive capacity of skin patches and grafts; robots could also be invented capable of losing parts on command in order to "survive". But its value is above all scientific: it is simply interesting to understand what strategies lizards implement to escape predators.

Genes responsible for the regeneration of the tail of these reptiles have been identified: a discovery that could serve to stimulate the regrowth of muscles, cartilages and other tissues in the human body.

Carolina anolides (Anolis carolinensis), bright green arboreal lizards, can boast a curious defensive strategy: if threatened by a predator, they lose part of their tail, leaving the opponent struggling with the extremity while they run away. . Within a couple of months, the tail grows back: an enviable gift, which regenerative medicine has been studying for some time. Wouldn't it be a dream to be able to regrow parts of the human body that are lost, or damaged?

SOMETHING IN COMMON. 

Now a study published in PLoS ONE sheds light on the mechanism that makes the regeneration process possible: it would largely depend on genes that these reptiles share with mammals, including humans.

Researchers from Arizona State University have identified at least 326 genes that fire in specific regions of the regenerating tail, including genes implicated in embryonic development and wound healing. 302 of these genetic "switches" are similar to genes also possessed by mammals. "Lizards share largely the same genetic tools as humans," said Kenro Kusumi, lead author of the study.

PECULIAR GROWTH.

Other animals, such as salamanders or some species of fish, as well as various species of lizards, boast regenerative abilities. But the case of the California anole is different: the regrowth of the tissue occurs along the entire length of the tail, and not only at the tip as in other animals. "Lizards are the animals closest to man to be able to regenerate entire appendages," says Kusumi. During tail regeneration, genes are activated in a particular pathway, the so-called Wnt signal transduction pathway, a gene expression regulatory mechanism involved in the processes of differentiation and proliferation of stem cells.

THE FUTURE PERSPECTIVES.

"By following the genetic recipe of regeneration discovered for lizards, and by controlling the same genes in human cells, it may one day be possible to regenerate muscle, cartilage and even spinal cord," concludes Kusumi. But the road to research in this field is still long.

Da:

https://www.focus.it/ambiente/animali/paradossi-coda-lucertole?fbclid=IwAR37LjdCtvxMbYKlVuWGyTb76abFHE5AVBVlP8fpOOHXKOeVHFGHkHzumFI

https://www.focus.it/ambiente/animali/le-lucertole-e-la-ricetta-genetica-della-rigenerazione-della-coda