Sembra che i sostenitori dell’Intelligent Design abbiano sfidato PZ Myers a rispondere a ’10+1′ domande sulla biologia evolutiva, mentre lui è in visita a Glasgow. PZ ha pubblicato la lista qui. Una in particolare ha attirato la mia attenzione, perché menzionava i polmoni (il soggetto di un mio recente post), così ho pensato di fare un tentativo per rispondere io stesso.
9) Se, come viene spesso sostenuto dai darwinisti, le sacche e le creste faringee sono effettivamente pensate come fessure branchiali vestigiali (dimostrando così la nostra ascendenza comune con i pesci), allora perché la regione delle “fessure branchiali” negli esseri umani non contiene nemmeno in parte fessure o branchie, e non ha funzione respiratoria? Nei pesci, queste strutture sono, letteralmente, fessure che formano aperture per permettere all’acqua di entrare e uscire dalle branchie interne che rimuovono l’ossigeno dall’acqua. Negli embrioni umani, tuttavia, le sacche faringee non sembrano essere “vecchie strutture” che sono state rielaborate in “nuove strutture” (non si sviluppano in strutture omologhe come i polmoni). Invece, il destino di sviluppo di queste sedi include un’ampia varietà di strutture che diventano parte della faccia, ossa associate all’orecchio, muscoli di espressione facciale, il timo, la tiroide e le ghiandole paratiroidi (es. Manley e Capecchi, 1998).
Prima togliamo di mezzo l’errore più evidente. Il nostro interrogante dice che le sacche faringee “non si sviluppano in strutture omologhe come i polmoni”. Bzzzzzzzt! Sbagliato! I polmoni non sono omologhi alle fessure branchiali – non hanno nulla che si avvicini ad una storia evolutiva comune. Immagino che si potrebbero descrivere i polmoni & come analoghi, perché sono entrambi coinvolti nello scambio di gas, ma non va oltre. I polmoni si sono formati come emissari dell’intestino, non della faringe.
Per arrivare alle cose più importanti. L’interrogante sta felicemente confondendo le sacche faringee con le fessure branchiali, presumibilmente in modo da poter mettere in piedi lo strawman “branchie -> polmoni”. Le sacche faringee si trovano in qualche forma in tutti i cordati, anche se solo durante lo sviluppo embrionale. Come suggerisce il nome, si tratta di cavità che escono dalla faringe. Ma non tutte perforano la parete del corpo, o funzionano nello scambio di gas. Nei cefalocordati come Branchiostoma (personalmente trovo il vecchio nome Amphioxus più eufonico), le sacche diventano fessure che attraversano la parete della faringe & e si aprono nella cavità del corpo circostante (il celoma). Queste strutture non funzionano nello scambio di gas – questo avviene attraverso la sottile epidermide che copre il corpo dell’animale & linee il suo celoma (che è aperto al mare). Invece, le fessure faringee agiscono come un meccanismo di filtraggio, intrappolando particelle di cibo dalla corrente d’acqua che scorre su di esse. Lo stesso vale per gli scriccioli di mare.
Sì, nei pesci le sacche faringee continuano a spingersi all’esterno del corpo, e i tessuti tra le “fessure” si sviluppano in barre branchiali di osso o cartilagine che sostengono i delicati filamenti delle branchie stesse. Queste barre branchiali sono importanti, perché possiamo tracciare il loro destino di sviluppo, non solo nei pesci ma anche nelle rane, nei rettili, negli uccelli e nei mammiferi. E cosa troviamo?
I pesci senza mascelle, anche detti agnati – come le lamprede – hanno la bocca ma (in modo piuttosto controintuitivo) nessuna mascella. I giovani sono filtratori, proprio come Branchiostoma, ma le lamprede adulte mostrano tendenze vampiriche, attaccandosi ai pesci di passaggio con le loro labbra dentate e raschiando la preda con una lingua dentata fino a succhiarne il sangue. Ma gli studi embriologici mostrano che le prime due serie di branchie negli agnati sono omologhe alle mascelle di tutti gli altri pesci – sono state cooptate per un’altra funzione, davvero molto tempo fa. La prima serie formava le ossa “mandibolari” della mascella, mentre la seconda è chiamata arco io-mandibolare & aiuta a collegare la mascella di un pesce al suo cranio. Una spiegazione per questa cooptazione è che ha coinvolto un cambiamento nella commutazione dei geni Hox, aprendo nuovi modi per ottenere il cibo (una mutazione, in altre parole. Il che nega la vecchia e stanca affermazione, ripresa in un’altra di quelle 10+1 domande, che le mutazioni sono sempre dannose.
E possiamo tracciare il destino di altre serie di barre branchiali – e gli anelli circolatori associati – in rane e rettili, uccelli e mammiferi. Le sacche faringee sono omologhe alle varie piccole ghiandole che si trovano nel collo (timo, tiroide e paratiroidi). Le cartilagini della trachea e della laringe derivano in definitiva dai tessuti della barra branchiale. E ricordate l’arco iomandibolare nei pesci? È finito come la staffa nel vostro orecchio medio.
Oh sì, ho menzionato l’impianto idraulico. Nei pesci, ogni fessura branchiale ha una serie di vasi sanguigni di accompagnamento (5 nella maggior parte degli squali – al Massey li sezionavamo come parte dei laboratori di biologia del primo anno). Lewis Held (2009) commenta che
Gli embrioni umani si prendono la briga di fare cinque paia di archi aortici (che una volta mandavano il sangue a cinque paia di branchie) ma poi ne distruggono due completamente**. Questa stupidità sisifea ha senso solo come vincolo storico: deve essere stato geneticamente più facile riconfigurare l’impianto idraulico esistente piuttosto che eliminarlo del tutto e cominciare da capo.
(** Gli archi aortici rimanenti diventano i vasi che portano il sangue ossigenato ai polmoni, alla testa e al corpo.)
Lewis Held (2009) Quirks of human anatomy: an evo-devo look at the human body. Cambridge University Press. ISBN 978-0-511-59384-0 (e-book, edizione Kindle)