L’embriogenesi all’origine degli organismi
Come afferma l’I Ching, l’inizio di un’impresa è sempre difficile, così come il principio di una vita segue un processo difficoltoso e turbolento.
Lo sviluppo biologico, già a partire dai primi stadi di fecondazione ed embriogenesi, è un processo molto complesso e ricco di ostacoli iniziali. L’embriogenesi è il succedersi dei processi che vedono la formazione di un embrione, si tratta di concatenazioni di eventi spesso caotici, pieni di divisioni cellulari, migrazioni e potenziali errori.
Nei vertebrati gli stadi di sviluppo embrionali seguono questo percorso.
Il primo stadio è quello della fecondazione, secondo cui una cellula uovo aploide viene fecondata da uno spermatozoo aploide; tutto ciò che segue è facilitato prima dall’enzima ialuronidasi, che aiuta lo spermatozoo ad attraversare la matrice cellulare, poi dalle proteine di membrana che, una volta attivate, fanno sì che possa avvenire la reazione acrosomiale e infine, dalle proteine transmembrana Izumo1 e CD9 responsabili della finale fusione tra le due membrane plasmatiche della cellula uovo e spermatica. In seguito alla fusione plasmatica tra uovo e spermatozoo, si innescano due meccanismi di protezione della cellula uovo, la quale aumenta i cationi calcio nel citosol e avvia la reazione corticale, tutto ciò per evitare la fecondazione con altri spermatozoi. La polispermia, infatti, provoca o gravi anomalie o la morte.
Una volta conclusa la procedura di fecondazione si forma lo zigote, cellula diploide che contiene già tutte le informazioni genetiche del futuro organismo.
Il secondo stadio è quello di segmentazione in cui si susseguono le fasi mitotiche. Lo zigote, in questa fase, si divide prima in due cellule (blastomeri) poi in 4, 8 e via dicendo. Le segmentazioni sono di tipo oloblastico se il nutrimento viene fornito dalla madre, mentre sono meroblastiche se l’uovo stesso fornisce il nutrimento per l’organismo. A loro volta le divisioni oloblastiche sono radiali, bilaterali, spirali e rotazionali (per echinodermi, anfibi, molluschi, anellidi, nematodi e mammiferi), mentre le meroblastiche sono discoidali o superficiali (per pesci, uccelli, rettili e insetti). In questo processo si potrebbe notare una velocissima moltiplicazione abbastanza caotica e priva di direttiva, ma non è così.
In seguito, abbiamo una fase di compattazione che dà origine alle prime distinzioni cellulari. Dopo che le cellule si sono divise per sette volte, l’embrione diventa una blastula; nei mammiferi la massa interna della blastula è differente da quella esterna.
A questo punto si arriva a un momento chiave e critico, perché qui si formano i foglietti embrionali, che permettono lo sviluppo di tutte le fasi successive e l’organogenesi. La gastrulazione trasforma la blastula in un embrione triblastico, appunto suddiviso in tre foglietti embrionali. In questo momento più che la capacità mitotica è molto importante la migrazione cellulare, che modifica le posizioni dei blastomeri. I due movimenti principali sono: involuzione verso l’interno dell’embrione e epibolia, espansione del rivestimento. I tre foglietti saranno: l’ectoderma, più esterno, per formare la cresta neurale e che originerà la colonna vertebrale, mentre due porzioni opposte di ectoderma origineranno bocca e ano; l’endoderma, che ricoprirà il futuro tubo digerente e il mesoderma che formerà il futuro apparato circolatorio. La riorganizzazione di questo stadio è molto complessa e rischiosa e crea le basi per tutto lo sviluppo successivo, un errore impatterebbe tutto il resto della crescita. Infatti, se i movimenti cellulari non avvengono correttamente, possono avvenire malformazioni o difetti congeniti, se invece c’è un problema nello sviluppo della linea primitiva si può provocare un completo stop dello sviluppo embrionale.
Lo step successivo, dopo che tutti gli strati germinali sono ben definiti, è l’organogenesi, quando si crea una strutturazione sempre più elaborata e completa. In questo stadio si è già raggiunta un po’ di stabilità di base e non dovrebbero esserci punti di eccessiva crisi; questa fase nei vertebrati si chiama neurulazione.
Nell’embriogenesi vegetale è importante la polarizzazione iniziale che forma il meristema apicale (SAM) che originerà foglie e fusto, e il meristema apicale della radice (RAM). Anche nell’embriogenesi vegetale giocano un ruolo importante le proteine, i geni e gli ormoni, ad esempio l’auxina, che limita o facilita la divisione cellulare in base alla fase e alla zona in cui si trova. Tutta la divisione cellulare è poi programmata per rispettare un’organizzazione radiale, che rispecchierà anche la struttura della pianta adulta; infatti, nel regno vegetale gli strati cellulari sono disposti a strati concentrici.
L’inizio della vita oltre alla sua tumultuosità, ha sempre suscitato una domanda curiosa, alla quale forse stiamo trovando delle possibili risposte: “È nato prima l’uovo o la gallina?”.
Gli scienziati dell’Università di Ginevra hanno preso in esame un protista ancestrale unicellulare, Chromosphaera perkinsii, scoperto nel 2017, che abita la Terra già da oltre un miliardo di anni e che forma strutture multicellulari simili agli embrioni animali. Lo sviluppo da cellule unicellulari a pluricellulari segue un percorso ancora poco conosciuto, ma questo organismo ci porta delle informazioni importanti riguardo questo argomento.
I ricercatori hanno visto che in C. perkinsii, le cellule che hanno raggiunto l’accrescimento massimo si suddividono senza più crescere; questo porta alla formazione di colonie multicellulari, quest’ultime sussistono per parte del ciclo vitale e includono almeno due tipi di cellule diverse. La C. perkinsii è una specie unicellulare appunto, quindi è molto insolito questo tipo di fenomeno; questa scoperta ha man mano portato gli scienziati a pensare che i coordinamenti e le differenziazioni multicellulari erano già innati negli organismi unicellulari più semplici, ancor prima che i primi animali abitassero la Terra. In particolare, queste cellule si dividono e sviluppano una struttura tridimensionale che ricorda proprio quella embrionale animale. Tutto lo studio evidenzia quindi che la programmazione genetica dello sviluppo embrionale era già scritta in organismi prima ancora che esistesse la vita animale, per questa teoria viene sicuramente prima l’uovo della gallina.
Ogni cellula, ogni organismo ed ecosistema inizia tra mille difficoltà, ma è la difficoltà stessa che crea delle basi per far sì che ci sia una giusta evoluzione. Per la biologia, si potrebbe dire che la difficoltà sia un passaggio fondamentale e necessario per selezionare ed evolvere in ciò che maggiormente si adatta alla vita.
Bibliografia
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Olivetta, M. Bhickta, C. Chiaruttini, N. et al., A multicellular developmental program in a close animal relative, Nature, 2024.
The egg or the chicken? An ancient unicellular says egg!, alphagalileo.org
