Ricerche

 Le strutture cerebrali dedicate all'apprendimento e alla memoria sono altamente conservate nel regno animale, suggerendo un'origine evolutiva comune.

I centri della memoria chiamati «corpi fungiformi» nel proencefalo di uno scorpione, sono visibili in viola. (Foto a sinistra Gabriella Wolff, a destra Chip Hedgecock)

Che si stia sgobbando per un esame o semplicemente cercando di ricordare dove si sono messe le chiavi della macchina, l'apprendimento e la memoria sono funzioni cruciali che impieghiamo costantemente nella vita quotidiana.

Risulta ora che la struttura e la funzione del centri cerebrali  responsabili dell'apprendimento e della memoria in una vasta gamma di specie di invertebrati può in definitiva condividere le stesse caratteristiche fondamentali. Queste le conclusioni di un nuovo studio pubblicato sulla rivista Current Biology ed eseguito dai neuroscienziati della University of Arizona Nicholas Strausfeld (professore del Dipartimento di Neuroscienze) e Gabriella Wolff.

I centri del cervello in questione sono strutture lobate accoppiate, scoperte negli insetti e conosciute come corpi fungiformi [mushroom bodies]. Questi centri sono presenti nel prosencefalo degli artropodi, nonché in quello dei vermi piatti e dei vermi marini.

Poiché i punti in comune tra i corpi fungiformi di specie diverse sono così eclatanti, si discute da molto tempo se queste strutture si sono evolute in modo indipendente o se derivano da un antenato comune. L'analisi di Strausfeld e della Wolff ha rivelato uno schema organizzativo di base che è comune tra i corpi fungiformi di tutte le specie studiate, suggerendo che sia stato ereditato di un antico antenato, forse 600 milioni di anni fa. "Questo modello di base dei corpi fungiformi è onnipresente in una vasta gamma di specie", ha detto Wolff. "Se volessimo emulare un centro di apprendimento e memoria in una intelligenza artificiale o in un robot, questa è la base di partenza".

Strausfeld e la Wolff hanno esaminato sia la neuroanatomia che la composizione chimica dei corpi fungiformi di numerose specie appartenenti a due principali gruppi di invertebrati: Ecdysozoa, che comprende insetti, crostacei e altri artropodi, come scorpioni e granchi a ferro di cavallo; e Lophotrochozoa, che comprende molluschi, vermi piatti e vermi segmentati.

Con varie tecniche di colorazione chimica, Strausfeld e la Wolff sono riusciti a studiare e confrontare la neuroanatomia di specie diverse in grande dettaglio. Non solo le caratteristiche dei singoli neuroni del corpo fungiforme erano le stesse tra le vare specie, ma anche la loro organizzazione era la stessa tra di loro. I ricercatori hanno scoperto che i fasci paralleli di fibre neuronali nei corpi fungiformi di ogni specie sono disposti in reti simili strutturate e ortogonali, tipiche dei circuiti di apprendimento.

Nonostante il rapporto evolutivo lontano condiviso tra uno scarafaggio americano e un verme della sabbia, i loro centri di memoria hanno la stessa organizzazione. (Foto: Gabriella Wolff, in alto e in basso a sinistra, Chip Hedgecock, in alto a destra, N. Strausfeld, in basso a destra.)In seguito il team ha analizzato l'espressione proteica nei corpi fungiformi. Ha riscontrato che l'abbondanza di tre proteine (DC0, Leo e CaMKII) è conservata nei corpi fungiformi su tutti  questi gruppi di invertebrati.

Precedenti studi comportamentali avevano dimostrato che queste proteine sono necessarie per l'apprendimento e la memoria, e le loro sequenze genetiche sono quasi esattamente uguali a quelle dei moscerini della frutta e dei ratti.

E' sorprendentemente che queste stesse proteine siano anche ritenute cruciali per l'apprendimento e la memoria degli esseri umani, e sono coinvolte nelle malattie neurologiche come l'Alzheimer, la sindrome di Down e la sindrome di Angelman.

Dopo lo studio sul cervello degli invertebrati, Strausfeld e la Wolff indagheranno sui vertebrati come ratti, uccelli, rettili, anfibi e pesci. "Speriamo di scoprire se è presente un modello di base simile di organizzazione nei vertebrati, e se tale modello comprende anche queste proteine altamente abbondanti", ha detto Strausfeld. "Il candidato che potrebbe avere questo modello di base è l'ippocampo, che è cruciale per la memoria di posizione, tra le altre cose. Le persone possono rifiutare l'idea che il loro cervello condivida comunanze con quello degli artropodi e di altri invertebrati. Il fatto è che i principi organizzativi sono gli stessi. Questo dovrebbe essere di grande interesse per i ricercatori biomedici".

Secondo Strausfeld, la conferma di questo modello di base condiviso nell'ippocampo dei vertebrati potrebbe suggerire che esso ha avuto origine da un antico antenato comune vissuto probabilmente circa 600 milioni di anni fa, appena prima dell'esplosione del Cambriano, un periodo relativamente breve quando sono emersi i tipi più importanti di animali.

Ciò significa che è possibile che le strutture del cervello responsabili dell'apprendimento e della memoria in quasi tutti gli animali che li possiedono (compresi gli esseri umani, ma con la possibile eccezione dei molluschi) possono avere origine da un antenato e da allora si sono evoluti in una complessità divergente.

La prossima volta che vuoi schiacciare una mosca, magari potresti pensarci due volte. "La corrispondenza tra gruppi diversi di animali è straordinaria", ha detto Strausfeld. "E' quasi troppo bello per essere vero".

Fonte:  Raymond Sanchez in University of Arizona  (> English text) - Traduzione di Franco Pellizzari.

Riferimenti:  Gabriella H. Wolff, Nicholas J. Strausfeld. Genealogical Correspondence of Mushroom Bodies across Invertebrate Phyla. Current Biology, 2014; DOI: 10.1016/j.cub.2014.10.049

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