Noi abbiamo 33 vertebre, una rana ne ha una decina, un serpente medio circa 300, con punte di 500: la lunghezza e la flessuosità del corpo dei serpenti è il risultato dell'alto numero di corpi vertebrali. Ma come ci può essere tanta differenza nel numero delle vertebre fra una specie e un'altra, dato che i geni che regolano il loro sviluppo e i meccanismi che lo realizzano sono essenzialmente gli stessi?
In un articolo pubblicato di recente Celine Gomez e collaboratori (in «Nature», Vol. 454, pp. 335-339) mostrano che questa differenza è dovuta alla diversa rapidità di un orologio biologico che sovrintende in tutte le specie alla formazione dei precursori delle vertebre. Si tratta in sostanza di un fenomeno di eterocronia, il processo evolutivo che induce differenze anche rilevanti tra una specie e l'altra semplicemente alterando la velocità, e quindi il ritmo, di una determinata catena di eventi biomolecolari.
Dal paragone fra le diverse specie di vertebrati si può concludere che l'orologio biologico in questione è uno dei più variabili, e che questo è un meccanismo molto usato nell'evoluzione per produrre nuovi prototipi della «carrozzeria» dei vertebrati.
Il nostro tronco, come quello di tutti i vertebrati, è suddiviso in una serie di unità segmentali ripetute, ciascuna costituita da una parte ossea e una muscolare, controllata a sua volta da una specifica innervazione, anch'essa essenzialmente segmentale. La parte ossea di ciascuna unità corrisponde a una vertebra. E questa «invenzione» che ha reso molto interessanti e versatili i vertebrati, facendone un modello animale vincente, sia sulla terra che nell'acqua le nell'aria).
Ciascuna vertebra, parte integrante ma non esclusiva di un'unità segmentarla, si forma da un precursore detto somite. I somiti sono ispessimenti che compaiono precocemente nella parte dorsale dell'embrione e che si trasformeranno prima nei precursori delle vertebre e poi in vertebre vere e proprie. Non si formano tutti insieme, ma uno alla volta, cominciando dalla parte del tronco più vicina alla testa e procedendo verso la parte caudale, che
si estende sempre più, contestualmente con la loro comparsa.
Questi ispessimenti nascono dalla frammentazione regolare ed equispaziata di una sorta di asse solido continuo primitivo che prende il nome di mesoderma presomitico.
Come avviene questa frammentazione e il successivo ispessimento?
La disposizione dei somiti e il loro modo di comparire a partire da un asse continuo suggeriscono l'idea di un'onda di eventi biochimici. I singoli somiti coinciderebbero con il ventre dell'onda, i nodi dell'onda rappresenterebbero gli spazi fra un somite e il successivo.
E in effetti è così: alcuni geni, tra cui spiccano Notch, Wnt e FGF, si attivano ritmicamente, e i loro prodotti formano una serie di onde lungo l'asse del futuro tronco. Un orologio biologico tiene vivo questo ritmo e ne fissa la periodicità. A un certo punto però il processo viene progressivamente congelato e si formano una volta per tutte i somiti veri e propri. Ciò accade perché dalla testa parte un fronte d'onda di «maturazione» che procede in direzione caudale. Le regioni di mesoderma presomitico che vengono via via raggiunte da questo fronte escono dal ciclo delle pulsazioni ritmiche e si solidificano in somiti definitivi. Anche il procedere del fronte è regolato da un orologio biologico, evidentemente raccordato con quello generale dello sviluppo embrionale del tronco degli individui di una data specie.
Perché allora i serpenti hanno un grande numero di vertebre rispetto, per esempio, a un mammifero? I meccanismi che regolano il fenomeno sono sempre gli stessi, ma è diversa la velocità relativa di un orologio biologico rispetto all'altro: l'orologio delle pulsazioni che producono l'onda che suddivide il mesoderma presomitico è circa quattro volte più rapido nei serpenti rispetto ai mammiferi. Nel tempo che il fronte d'onda di maturazione impiega per raggiungere la parte caudale del tronco, l'orologio dei serpenti ha segnato molti più cicli e imposto molte più pulsazioni, quindi nel loro tronco si formeranno più somiti di dimensioni un po' più ridotte e quindi più vertebre un po' più piccole. Chiaro e semplice, ora che lo sappiamo. Un mistero in meno e una spiegazione scientifica in più.
