Entrambi gli insetti e i crostacei possiedono strutture cerebrali a forma di fungo note negli insetti per essere richieste per l’apprendimento, la memoria e possibilmente per negoziare ambienti complessi e tridimensionali, secondo lo studio, guidato dal neuroscienziato dell’Università dell’Arizona Nicholas Strausfeld.
La ricerca, pubblicata sulla rivista open-access eLife, sfida una convinzione ampiamente diffusa nella comunità scientifica che queste strutture cerebrali – chiamate “corpi di funghi” – sono vistosamente assenti dai cervelli dei crostacei.
Nel 2017, il team di Strausfeld ha riportato un’analisi dettagliata dei corpi di funghi scoperti nel cervello del gambero mantis, Squilla mantis. Nell’attuale documento, il gruppo fornisce la prova che le caratteristiche neuro-anatomiche che definiscono i corpi a fungo – un tempo ritenute una caratteristica evolutiva propria degli insetti – sono presenti in tutti i crostacei, un gruppo che comprende più di 50.000 specie.
Crostacei e insetti sono noti per discendere da un antenato comune vissuto circa mezzo miliardo di anni fa e da tempo estinto.
“Il corpo del fungo è una struttura cerebrale incredibilmente antica e fondamentale”, ha detto Strausfeld, Regents Professor di neuroscienze e direttore del Center for Insect Science della University of Arizona. “
Oltre agli insetti e ai crostacei, altri artropodi includono aracnidi, come scorpioni e ragni, e miriapodi, come millepiedi e centopiedi.
Caratterizzati dal loro scheletro esterno e dalle appendici articolate, gli artropodi costituiscono il gruppo di animali più ricco di specie conosciute, popolando quasi ogni habitat concepibile. Circa 480 milioni di anni fa, l’albero genealogico degli artropodi si è diviso, con una stirpe che ha prodotto gli aracnidi e un’altra i mandibolati. Il secondo gruppo si è diviso di nuovo per fornire il lignaggio che porta ai moderni crostacei, compresi gamberi e aragoste, e alle creature a sei zampe, compresi gli insetti – il gruppo più vario di artropodi che vivono oggi.
Decenni di ricerche hanno districato le relazioni evolutive degli artropodi usando dati morfologici, molecolari e genetici, così come prove dalla struttura dei loro cervelli.
I corpi dei funghi nel cervello hanno dimostrato di essere le unità centrali di elaborazione dove convergono gli input sensoriali. Visione, olfatto, gusto e tatto sono tutti integrati qui, come hanno dimostrato gli studi sulle api. Disposto a coppie, ogni corpo del fungo consiste in una porzione simile a una colonna, chiamata lobo, coperta da una struttura simile a una cupola, chiamata calice, dove convergono i neuroni che trasmettono le informazioni inviate dagli organi sensoriali dell’animale. Queste informazioni vengono passate ai neuroni che forniscono migliaia di fibre nervose che si intersecano nei lobi e che sono essenziali per il calcolo e la memorizzazione dei ricordi.
Ricerche recenti di altri scienziati hanno anche dimostrato che questi circuiti interagiscono con altri centri cerebrali nel rafforzare o ridurre l’importanza di un ricordo man mano che l’animale raccoglie esperienze dal suo ambiente.
“I corpi dei funghi contengono reti dove vengono fatte associazioni interessanti che danno origine alla memoria”, ha detto Strausfeld. “
Un gruppo evolutivamente più “moderno” di crostacei chiamato Reptantia, che comprende molte aragoste e granchi, sembra avere centri cerebrali che non assomigliano affatto al corpo a fungo dell’insetto. Questo, suggeriscono gli autori, ha contribuito a creare l’idea errata che ai crostacei manchino del tutto le strutture.
L’analisi del cervello dei crostacei ha rivelato che mentre i corpi a fungo che si trovano nei crostacei sembrano più diversi di quelli degli insetti, i loro elementi neuroanatomici e molecolari determinanti sono tutti lì.
Utilizzando campioni di cervello di crostaceo, i ricercatori hanno applicato anticorpi etichettati che agiscono come sonde, individuando ed evidenziando le proteine che hanno dimostrato di essere essenziali per l’apprendimento e la memoria nei moscerini della frutta. Tecniche sensibili di colorazione dei tessuti hanno permesso di visualizzare l’intricata architettura dei corpi dei funghi.
“Conosciamo diverse proteine che sono necessarie per l’apprendimento e la memoria nei moscerini della frutta”, ha detto Strausfeld, “e se si usano anticorpi che rilevano queste proteine in tutte le specie di insetti, i corpi dei funghi si illuminano ogni volta.”
L’uso di questo metodo ha rivelato che le stesse proteine non sono uniche per gli insetti; si presentano nel cervello di altri artropodi, compresi i centopiedi, i millepiedi e alcuni aracnidi. Anche i vertebrati, compresi gli esseri umani, le hanno in una struttura cerebrale chiamata ippocampo, un centro noto per la memoria e l’apprendimento.
“I centri cerebrali corrispondenti – il corpo del fungo negli artropodi, i vermi marini, i vermi piatti e, possibilmente, l’ippocampo dei vertebrati – sembrano avere un’origine molto antica nell’evoluzione della vita animale,” ha detto Strausfeld.
Perciò perché i crostacei più comunemente studiati hanno corpi a fungo che possono apparire così drasticamente diversi dalle loro controparti insetti? Strausfeld e i suoi coautori hanno una teoria: Le specie di crostacei che abitano ambienti che richiedono la conoscenza di aree elaborate e tridimensionali sono proprio quelle i cui corpi a fungo assomigliano maggiormente a quelli degli insetti, un gruppo che ha anche padroneggiato il mondo tridimensionale evolvendosi per volare.
“Non pensiamo che sia una coincidenza”, dice Strausfeld. “Proponiamo che la complessità dell’abitare un mondo tridimensionale possa richiedere speciali reti neurali che permettano un sofisticato livello di cognizione per negoziare quello spazio in tre dimensioni.”
Le aragoste e i granchi, d’altra parte, passano la loro vita confinati per lo più sul fondo del mare, il che può spiegare perché storicamente si è detto che non hanno corpi a fungo: Io vedo molti di questi come abitanti del mondo piatto”, dice Strausfeld. “Gli studi futuri saranno in grado di dirci quali sono più intelligenti: il gambero mantide della barriera corallina, un predatore superiore, o l’aragosta solitaria.”
Strausfeld è coautore dell’articolo con due dei suoi ex studenti: Gabriella Wolff, ora borsista post-dottorato all’Università di Washington, e Marcel Sayre, ora studente di dottorato alla Lund University in Svezia. Essi sperano che lo studio dei corpi dei funghi aiuterà ulteriormente a risolvere come i cervelli possono essersi evoluti e quali condizioni ambientali hanno modellato quel processo.
“Questa ricerca ci avvicina a rispondere alla domanda finale”, dice Strausfeld. “Vogliamo sapere: Com’era il primo cervello?”