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COME GLI UMANI, ANCHE I PINGUINI CAMBIANO “TONO DI VOCE” A SECONDA DEL CONTESTO SOCIALE

I dati raccolti dai ricercatori dell’Università di Torino suggeriscono che questa forma implicita di plasticità vocale potrebbe essere molto più diffusa nel regno animale di quanto si pensasse

NCHE I PINGUINI CAMBIANO “TONO DI VOCE" A SECONDA DEL CONTESTO SOCIALE
Anche i pinguini cambiano tono di voce a seconda del contesto sociale. Pinguini africani – foto di Giulia Olivero

É stato pubblicato sulla rivista Proceedings of the Royal Society B uno studio, realizzato dai ricercatori del Dipartimento di Scienze della Vita e Biologia dei Sistemi dell’Università di Torino, intitolato Vocal accommodation in penguins (Spheniscus demersus) as a result of social environment. La ricerca ha analizzato in che modo i pinguini africani (Spheniscus demersus) sono in grado di modificare le loro vocalizzazioni nel tempo e in funzione delle loro interazioni sociali. Una modulazione vocale paragonabile a quella del linguaggio umano e utile a comprenderne in maniera significativa la sua evoluzione.

Pinguini africani – foto di Veronica Maraner

Sono state studiate le caratteristiche acustiche delle vocalizzazioni di diverse colonie di pinguino africano, una specie filogeneticamente distante da tutte quelle che sono state precedentemente identificate come capaci di apprendimento vocale. In particolare, vengono messe a confronto le caratteristiche acustiche delle vocalizzazioni di diversi pinguini con vari gradi di interazione sociale: stessa colonia o colonia diversa; stessa colonia a distanza di tre anni; partner contro non partner.

I risultati dimostrano che più i pinguini ascoltano le vocalizzazioni dei membri di un dato gruppo sociale, più le loro vocalizzazioni diventano simili, nel tempo, a quelle ascoltate. Questo fenomeno è ancora più marcato tra i partner di una coppia. Complessivamente, i risultati suggeriscono che i pinguini sono capaci di convergenza acustica, e che la plasticità vocale nel regno animale è forse più diffusa rispetto a quanto precedentemente ipotizzato.

“Ci siamo chiesti – dichiara Luigi Baciadonna, ricercatore del DBIOS UniTo e primo autore della ricerca – fino a che punto le vocalizzazioni dei pinguini siano flessibili e rispondenti all’ambiente sociale. Utilizzando un’analisi delle componenti principali , abbiamo ridotto 14 parametri vocali dei richiami di contatto dei pinguini a 4, ciascuno dei quali comprende parametri altamente correlati e che possono essere classificati come frequenza fondamentalefrequenza delle formantimodulazione della frequenzatasso di modulazione dell’ampiezza e durata. Dopodiché, abbiamo confrontato le differenze tra questi parametri individui con diversi gradi di interazioni sociali: stessa colonia contro stessa colonia rispetto a colonie diverse, stessa colonia per 3 anni e partner rispetto a non partner”.

NCHE I PINGUINI CAMBIANO “TONO DI VOCE" A SECONDA DEL CONTESTO SOCIALE
Pinguini africani – foto di Veronica Maraner

Le analisi indicano che più i pinguini sperimentano i richiami degli altri, più i loro richiami diventano simili nel tempo, dimostrando che la convergenza vocale richiede un lungo periodo di tempo e una relativa stabilità nell’appartenenza alla colonia, e che il legame sociale unico dei partner può influenzare la convergenza vocale in modo diverso rispetto ai non partner. I risultati suggeriscono che questa forma implicita di plasticità vocale è forse molto più diffusa in tutto il regno animale di quanto si pensasse e potrebbe essere una capacità fondamentale della vocalizzazione dei vertebrati.

 

Testo e foto dall’Area Relazioni Esterne e con i Media dell’Università degli Studi di Torino

Cellule staminali pluripotenti di rinoceronte bianco del nord: il consorzio BioRescue fa un passo avanti verso le cellule uovo artificiali

Il consorzio BioRescue sta sviluppando metodi avanzati di riproduzione assistita per salvare il rinoceronte bianco del nord dall’estinzione. In questa missione gli ovociti delle ultime femmine rimaste giocano un ruolo chiave poiché da essi, tramite la fecondazione in vitro con lo sperma di maschi ormai deceduti, vengono creati embrioni. Il Max Delbrück Center for Molecular Medicine (MDC) di Berlino, che fa parte del consorzio BioRescue, sta lavorando con i partner di Monaco e di Kyushu (Giappone) su una seconda strategia: ottenere ovociti a partire da cellule staminali. Il team è riuscito a creare cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC) da Nabire, un rinoceronte bianco del Nord. Questo rappresenta un significativo avanzamento nel processo di creazione di iPSC e della loro differenziazione in cellule staminali allo stadio di pluripotenza di tipo primed e naïve. Questo importante avanzamento verso la creazione di ovociti artificiali da cellule staminali è stato pubblicato nella rivista “Scientific Reports”.

Cellule staminali pluripotenti di rinoceronte bianco del nord
Nabiré presso il Safari Park Dvur Kralove. Foto di Hynek Glos

Gli scienziati del MDC Technology Platform “Pluripotent Stem Cells” e dell’Helmholtz Zentrum München sono stati in grado di produrre cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC) a partire da cellule cutanee conservate di Nabire, un rinoceronte bianco del Nord che viveva nel Safari Park Dvůr Králové (Repubblica Ceca) dove è morta, nel 2015, all’età di 31 anni. Il giorno stesso della sua morte, gli scienziati hanno prelevato dei campioni di pelle e altri tessuti e li hanno crioconservati per un successivo utilizzo. Il Dr. Micha Drukker, scienziato che si occupa di cellule staminali, e il suo team dell’Helmholtz Zentrum München e del Leiden Academic Centre for Drug Research dell’Università di Leiden sono riusciti a produrre cellule iPSC da questi tessuti utilizzando il metodo della riprogrammazione con vettori episomali. A tale scopo il Dr. Drukker e il suo team hanno introdotto nel genoma delle cellule della pelle del rinoceronte delle molecole di DNA esogeno, i cosiddetti plasmidi. Questi plasmidi contengono dei geni che riprogrammano le cellule della pelle in cellule iPS. È la prima volta che la creazione di cellule iPS a partire da campioni ottenuti da un rinoceronte di questa età ha avuto successo. Questo migliora significativamente le possibilità di creare ovociti artificiali, da usare per la riproduzione assistita avanzata, a partire da cellule staminali dato che i rinoceronti bianchi del nord donatori di tessuto sono o erano soggetti di età piuttosto avanzata.

Cellule staminali pluripotenti di rinoceronte bianco del nord
Nabiré presso il Safari Park Dvur Kralove. Foto di Khalil Baalbaki

Un secondo, ma non meno importante, progresso nel processo e nei protocolli di produzione di cellule staminali di rinoceronte si è avuto grazie alle intuizioni del team sui diversi stadi di differenziazione delle cellule staminali. Le cellule iPS, infatti, hanno diversi stati di differenziazione: possono essere allo stadio di pluripotenza di tipo naïve – lo “stato base” della pluripotenza – o primed. Si pensa che cellule in quest’ultimo stadio abbiano raggiunto una fase dello sviluppo embrionale leggermente più avanzata. Gli esperimenti su cellule staminali di topo mostrano che queste sono particolarmente efficienti a produrre cellule germinali quando passano dallo stato primed a quello naïve. Quando, però, gli scienziati hanno tentato per la prima volta di convertire le cellule di rinoceronte in uno stadio di tipo naïve le cellule sono morte. Il team ha quindi introdotto un gene nelle cellule di rinoceronte che impedisce la morte cellulare e con questo hanno avuto successo nella produzione di cellule iPS naïve.

La dott.ssa Vera Zywitza presso il MDC lab. Foto di Jan Zwilling

“Abbiamo caratterizzato le cellule in dettaglio anche analizzando i dati del trascrittoma”, spiega il primo autore Dr.ssa Vera Zywitza che fa parte del team guidato dal Dr. Sebastian Diecke della Technology Platform “Pluripotent Stem Cells”del MDC. “Il successo della conversione a uno stato di pluripotenza simile a quello naïve è un punto di partenza promettente per la generazione di cellule germinali”.

Lo scienziato Norman Krüger presso il MDC lab- Foto di Jan Zwilling

Tuttavia, la Dr.ssa Vera Zywitza e i suoi colleghi non possono ancora passare alla fase successiva.

“Le cellule iPS che abbiamo coltivato contengono ancora del materiale genetico esogeno rappresentato dai fattori di riprogrammazione e dal gene che impedisce la morte cellulare”, spiega la Dr.ssa Zywitza. “Questo significa che non possiamo usarle per creare cellule germinali, perché c’è il rischio che queste vengano alterate patologicamente”.

La dott.ssa Vera Zywitza presso il MDC lab. Foto di Jan Zwilling

Nel frattempo, il team di Diecke ha creato altre cellule iPS usando un virus a RNA per introdurre i fattori di riprogrammazione invece dei plasmidi. Queste nuove cellule iPS non contengono nulla di estraneo e, ora, gli scienziati stanno cercando di produrre da esse cellule germinali primordiali.

“Questo lavoro contribuisce significativamente alla comprensione della pluripotenza, ossia della capacità delle cellule staminali di differenziarsi in qualsiasi tipo di cellula del corpo”, dice la Dr.ssa Zywitza. “Questo segna un inizio promettente per la coltivazione di cellule germinali e, quindi, rappresenta una importante pietra miliare sulla via verso gli ovociti di rinoceronte generati artificialmente”.

Cellule staminali pluripotenti di rinoceronte bianco del nord. Il dott. Sebastian Diecke e la dott.ssa Vera Zywitza presso il MDC lab. Foto di Jan Zwilling
Cellule staminali pluripotenti di rinoceronte bianco del nord. Il dott. Sebastian Diecke e la dott.ssa Vera Zywitza presso il MDC lab. Foto di Jan Zwilling

Per il rinoceronte bianco del nord la riproduzione naturale non è più possibile dato che la popolazione rimanente è di soli due animali e sono entrambe femmine. Tuttavia, il consorzio BioRescue guidato dal Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research (Leibniz-IZW) sta sviluppando metodi che potrebbero rendere possibile la riproduzione nonostante queste circostanze avverse. Gli scienziati del team stanno prelevando ovociti (cellule uovo immature) dalle femmine, li fecondano in laboratorio con sperma scongelato da maschi ormai deceduti per creare degli embrioni, di cui 14 sono stati già crioconservati in azoto liquido. Usando una tecnologia ed un metodo completamente nuovi per i rinoceronti, attualmente in fase di ottimizzazione da parte del team di BioRescue, gli embrioni possono essere impiantati in femmine di rinoceronte bianco del sud che fungono da madri surrogate per dare alla luce la tanto desiderata prole dei rinoceronti più rari del mondo, quelli del nord.

“Ogni passo di questa missione è un territorio scientifico inesplorato. La disponibilità di un numero limitato di ovociti e la bassa variabilità genetica della popolazione rappresentata sono aspetti particolarmente impegnativi da risolvere”, dice il leader del progetto BioRescue, il Prof Thomas Hildebrandt, capo del Dipartimento di Gestione della Riproduzione al Leibniz-IZW. Gli ovociti possono essere prelevati e fecondati con successo solo da un individuo, ed è per questo che si stanno cercando strategie per ottenere un maggior numero di ovociti da soggetti diversi non imparentati tra loro.

Cellule staminali pluripotenti di rinoceronte bianco del nord
Colture di cellule staminali al microscopio presso il MDC lab, Foto di Jan Zwilling

Come parte del consorzio BioRescue, l’MDC e l’Università di Kyushu, insieme ad altri partner come l’Helmholtz Zentrum München, stanno sviluppando metodi per produrre gameti (uova e sperma) da cellule della pelle. Nel 2016, il Prof Katsuhiko Hayashi (Kyushu University) è riuscito a generare ovociti dalla pelle dei topi, fecondarli artificialmente ed impiantarli in femmine di topo e i topi nati con questo metodo erano sani e fertili. “Se riuscissimo a fare lo stesso per il rinoceronte bianco del nord, potremmo smettere il difficoltoso prelievo di cellule uova da animali vivi e produrre, comunque, embrioni e anche in un numero maggiore”, afferma il Dr. Hildebrandt. “Questa strategia aumenterebbe anche significativamente il numero di animali che potremmo usare per produrre gli embrioni”. Finora, questo è limitato alle due femmine viventi, utilizzabili come donatrici di ovociti e ai quattro maschi di cui è stato crioconservato lo sperma. Sono, però, disponibili colture cellulari non solo di questi sei individui, ma anche di altri sei rinoceronti bianchi settentrionali, come ad esempio quello di Nabire.

Cellule staminali pluripotenti di rinoceronte bianco del nord
Cellule staminali di rinoceronte, foto di Sebastian Diecke MDC

Tutte le procedure del Consorzio BioRescue sono sottoposte a un’approfondita valutazione etica al fine di valutare sistematicamente l’equilibrio tra il benessere degli animali ed il valore conservazionistico delle procedure. Poiché questo è particolarmente importante quando si sviluppano nuove tecnologie innovative per la conservazione, fa parte del team di BioRescue anche un team di specialisti di etica della fauna selvatica guidato dalla Prof.ssa Barbara de Mori dell’Università di Padova. Questo team sta valutando anche la dimensione etica delle procedure legate alle cellule staminali all’interno del BioRescue e continuerà ad accompagnare da vicino ogni ulteriore passo di questa missione.

Cellule staminali pluripotenti di rinoceronte bianco del nord
Fatu e Najin presso l’Ol Pejeta Conservancy. Foto di Jan Zwilling

Nei prossimi mesi e anni gli scienziati del BioRescue affronteranno la sfida di riprogrammare le cellule iPS in modo tale che da esse sia effettivamente possibile produrre ovociti e spermatozoi. Se questo riuscisse, la procedura successiva sarebbe la stessa dell’approccio effettuato finora dal BioRescue. Gli ovociti artificiali verrebbero maturati e fecondati in laboratorio tramite iniezione intracitoplasmatica di sperma (ICSI) per dare origine ad embrioni di rinoceronte bianco del nord. Questi embrioni sarebbero crioconservati in azoto liquido per poi essere scongelati e trasferiti in una madre surrogata della specie affine del rinoceronte bianco del Sud.

“L’approccio delle cellule staminali è un pezzo fondamentale del puzzle della nostra missione, ma non ci esime dal dover affrontare anche altri passi impegnativi come il trasferimento degli embrioni in una madre recipiente per dare inizio alla gravidanza”, conclude Hildebrandt.

Cellule staminali pluripotenti di rinoceronte bianco del nord
Fatu e Najin presso l’Ol Pejeta Conservancy. Foto di Jan Zwilling

Il progetto BioRescue può essere sostenuto finanziariamente su www.biorescue.org.

Lo scienziato Norman Krüger presso il MDC lab- Foto di Jan Zwilling

Pubblicazione

Zywitza V, Rusha E, Shaposhnikov D, RuizOrera J, Telugu N, Rishko V, Hayashi M, Michel G, Wittler L, Stejskal J, Holtze S, Göritz F, Hermes R, Wang J, Izsvak Z, Colleoni S, Lazzari G, Galli C, Hildebrandt TB, Hayashi K, Diecke S & Drukker M (2022): Naïve-like pluripotency to pave the way for saving the northern white rhinoceros from extinction. Sci Rep 12, 3100 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-07059-w

Comunicato Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research (Leibniz-IZW), Max Delbrück Center for Molecular Medicine in the Helmholtz Association (MDC), Avantea, Safari Park Dvůr Králové, Università di Padova.

Testo e foto dall’Ufficio Stampa Università degli Studi di Padova.

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BioRescue contro l’estinzione del rinoceronte bianco del nord

Ritrovato a Roma il fossile del primo lupo d’Europa 

L’enigmatico fossile ritrovato nei pressi di Ponte Galeria (Roma) è stato analizzato da un gruppo di paleontologi e geologi del Dipartimento di Scienze della Terra della Sapienza Università di Roma e dell’Università Statale di Milano. La ricostruzione 3D dei resti ha permesso di identificare il fossile come il più antico esemplare adulto di lupo (Canis lupus) in Europa, databile a circa 400.000 anni fa. I risultati dello studio, che gettano nuova luce sulle dinamiche di diffusione del lupo nel nostro continente, sono stati pubblicati sulla rivista Scientific Reports.

Ritrovato a Roma il fossile del primo lupo d’Europa
Ritrovato a Roma il fossile del primo lupo d’Europa

Il lupo è una delle specie più emblematiche della biodiversità europea, animale simbolo delle foreste del nostro continente, così radicato nel nostro immaginario da entrare a far parte della cultura, del folklore e della tradizione di tutti i popoli europei. Sebbene l’uomo conviva con il lupo da migliaia di anni, la storia evolutiva di questo predatore iconico è ancora fonte di dibattito nella comunità scientifica, con punti interrogativi sul momento in cui questo animale si è diffuso nel nostro continente.

Ritrovato a Roma il fossile del primo lupo d’Europa
Ritrovato a Roma il fossile del primo lupo d’Europa

Un gruppo di paleontologi e geologi del Dipartimento di Scienze della Terra della Sapienza Università di Roma e del Dipartimento di Scienze della Terra “Ardito Desio” dell’Università Statale di Milano, ha esaminato un enigmatico cranio fossile di canide di grandi dimensioni sono stati ritrovati nei pressi di Roma, più precisamente a Ponte Galeria. La scansione 3D dei resti frammentari ha permesso di identificare il cranio fossile come il più antico esemplare adulto di lupo (Canis lupus), risalente a circa 400.000 anni fa (Pleistocene Medio). I risultati dello studio sono stati pubblicati su Scientific Reports, rivista scientifica internazionale del gruppo Nature.

“In particolare i frammenti fossili sono stati scansionati tramite TAC e poi uniti digitalmente per ricreare l’assetto originale del cranio, il quale è stato poi analizzato, misurato e comparato con altre scansioni di canidi moderni come lo sciacallo, o il lupo appenninico che popola attualmente la penisola italiana”, spiega Dawid A. Iurino, primo autore dello studio.

Poiché l’area di Ponte Galeria è ricca di giacimenti di diverse datazioni, il gruppo di ricerca ha analizzato il sedimento vulcanico che ricopriva e riempiva i frammenti fossili per stabilire l’età precisa del reperto.

“Prima di questa ricerca i resti fossili più antichi di lupo erano quelli datati intorno ai 300.000 anni ritrovati in Francia (Lunel-Viel) e in Italia (Polledrara di Cecanibbio, di cui però manca una descrizione formale del reperto) – commenta Raffaele Sardella, coordinatore dello studio. “Questo nuovo studio ha permesso quindi di individuare nel lupo di Ponte Galeria il resto fossile di questa specie più antico rinvenuta fino ad ora in Europa”.

Le nuove analisi hanno dimostrato come la dispersione del lupo sia avvenuta durante il “Mid-Brunhes Event”, una fase del Pleistocene caratterizzata dall’aumento dell’ampiezza dei cicli/interglaciali, che diventano più lunghi e più intensi. Questo cambiamento climatico ebbe una forte ripercussione sugli ecosistemi terrestri favorendo probabilmente la diffusione di nuove specie in Europa tra cui il lupo.

Riferimenti:

A Middle Pleistocene wolf from central Italy provides insights on the first occurrence of Canis lupus in Europe – Dawid A. Iurino, Beniamino Mecozzi, Alessio Iannucci, Alfio Moscarella, Flavia Strani, Fabio Bona, Mario Gaeta & Raffaele Sardella – Scientific Reports https://doi.org/10.1038/s41598-022-06812-5

 

Testo e immagini dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma

Il cane può provare dolore per la morte di un altro cane

La ricerca, coordinata dall’Università degli Studi di Milano e condotta con Università degli Studi di Padova, suggerisce che i cani soffrano per la perdita di un altro cane che vive nella stessa famiglia. Lo studio, condotto su oltre quattrocento proprietari di cani, è stato pubblicato su Scientific Reports.( https://www.nature.com/articles/s41598-022-05669-y).

cane dolore morte
Il cane può provare dolore per la morte di un altro cane

Un cane può provare dolore per la morte di un altro cane che vive nella stessa famiglia dimostrando comportamenti negativi, ricerca di attenzioni e apatia: questo suggeriscono i cambiamenti del comportamento e delle emozioni riportati da 426 proprietari di cani italiani coinvolti in uno studio dell’Università degli Studi di Milano condotto con l’Università di Padova e pubblicato su Scientific Reports (https://www.nature.com/articles/s41598-022-05669-y).

Sebbene siano stati segnalati comportamenti di lutto in alcune specie animali, inclusi gli uccelli e gli elefanti, non è ancora chiaro se i cani domestici soffrano per la morte di un conspecifico. Il gruppo di studio coordinato da Federica Pirrone, ricercatrice di Etologia Veterinaria dell’Università degli Studi di Milano, ha intervistato oltre quattrocento persone a cui era morto un cane, mentre in casa ve n’era almeno un altro. L’86% ha osservato cambiamenti negativi nel comportamento del cane sopravvissuto dopo la morte dell’altro cane, ma solo quando i due cani erano legati da una relazione particolarmente amichevole o addirittura genitore-figlio. Questi animali erano più alla ricerca di attenzioni, mangiavano e giocavano meno ed erano, in generale, meno attivi del solito.

Federica Pirrone

“Da un punto di vista ecologico, sia i legami di affiliazione che quelli parentali sono componenti importanti della naturale organizzazione sociale dei cani liberi e questo vale anche per i cani di casa”, spiega Federica Pirrone. “Gli animali sociali come i cani domestici hanno una forte tendenza a cooperare e sincronizzare i loro comportamenti per mantenere la coesione e poter beneficiare dei vantaggi derivanti dal vivere insieme. Questo coordinamento può essere interrotto quando muore un membro del gruppo. Dunque, l’interruzione di una routine sociale che, in virtù della forte affiliazione, si era creata tra le coppie di cani del nostro studio, quando entrambi gli animali erano in vita, potrebbe spiegare i cambiamenti osservati in quello sopravvissuto dopo l’evento fatale”.

Ines Testoni

Come sottolinea Ines Testoni, direttrice del Master Death Studies & The End of Life dell’Università di Padova, “Siamo abituati a pensare che gli animali non abbiano una coscienza e non provino sentimenti, quindi non possano né mentalizzare la morte né provare dolore per la perdita. Le nostre ricerche hanno già mostrato come tra caregiver e animale da compagnia si instauri un legame di attaccamento e che questo può influenzare il comportamento del cane che sopravvive alla perdita del conspecifico.

 

È importante sottolineare che il nostro studio, per la prima volta nel panorama scientifico, indaga contemporaneamente i comportamenti assimilabili al lutto nel cane e il lutto dei proprietari. Sorprendentemente, abbiamo notato che i diversi modi di relazionarsi agli animali e di rappresentarsi la loro vita/morte da parte del proprietario non sono apparsi correlati alle variazioni del comportamento dei cani dopo la morte del conspecifico. Questo è importante perché indica che il proprietario, nel descrivere queste variazioni, non stava semplicemente proiettando il proprio dolore sul suo cane, ed è quindi più probabile che le modifiche riportate siano reali”.

I cani sopravvissuti sono apparsi più impauriti dopo la morte del conspecifico, e su questo cambiamento emotivo potrebbe invece aver pesato lo stato emotivo del proprietario. Il livello di paura era infatti maggiore nei cani sopravvissuti i cui proprietari mostravano segni più evidenti di sofferenza, rabbia e trauma psicologico in seguito alla morte del proprio pet.

Ulteriori studi, già in corso presso il gruppo di ricerca, dimostreranno se attraverso queste reazioni i cani stanno davvero rispondendo alla morte di un compagno della propria specie, o se esse siano solo scatenate dalla perdita, ossia dalla semplice separazione da quest’ultimo.

“È un obiettivo che ci siamo riproposti di raggiungere in fretta” – conclude Pirrone“Oggi come oggi milioni di famiglie nel mondo vivono con più di un cane. Conoscere le reazioni comportamentali e le emozioni suscitate dalla morte di un consimile è quindi fondamentale perché ci permetterà di riconoscere i bisogni emotivi di tantissimi animali, che sono effettivamente a rischio di soffrire per la perdita di un compagno canino”.

cane dolore morte
Il cane può provare dolore per la morte di un altro cane

Testo e foto dall’Ufficio Stampa Università degli Studi di Padova

Mediterraneo, Milano-Bicocca sulle tracce della foca monaca: mappare il suo ritorno grazie al DNA ambientale

Attraverso il prelievo e il rilevamento di campioni molecolari dal mare, i ricercatori dell’ateneo milanese rilevano il passaggio del pinnipede lungo le coste italiane e in alto mare. Il metodo, descritto in un articolo appena pubblicato su “Biodiversity and Conservation”, favorirà il monitoraggio e la salvaguardia della specie.

foca monaca DNA
Foca adulta nuota in superficie. È molto raro osservare una foca monaca perché questi animali trascorrono gran parte del tempo in immersione. In alcune specie affini alla foca monaca è stato calcolato che circa l’80% tempo è trascorso in immersione. Infatti in apnea le foche mangiano, si accoppiano e dormono profondamente. Foto: E. Coppola/GFM

Milano, 22 febbraio 2022 – Da decenni la foca monaca, tra i pinnipedi più rari al mondo e l’unico presente nel Mar Mediterraneo, era considerata estinta nelle acque dei mari italiani, fino ai recenti avvistamenti nel Mar Tirreno e Ionio, che hanno fatto ipotizzare un suo ritorno. Per mapparne la presenza, i ricercatori dell’Università di Milano-Bicocca hanno realizzato un metodo di rilevazione innovativo e non invasivo, basato sul recupero e analisi del DNA ambientale (eDNA) dai campioni di acqua prelevati nel Mare Nostrum. I primi test e i risultati delle azioni di monitoraggio hanno dato riscontro positivo, anticipando alcune delle recenti segnalazioni del mammifero marino al largo delle coste toscane e siciliane, in tratti di mare poco frequentati.

 

Il metodo è stato descritto in un articolo dal titolo “A species-specific qPCR assay provides novel insight into range expansion of the Mediterranean monk seal (Monachus monachus) by means of eDNA analysis”, appena pubblicato dalla rivista scientifica “Biodiversity and Conservation” (DOI: https://doi.org/10.1007/s10531-022-02382-0). Prima autrice Elena Valsecchi, ecologa molecolare del dipartimento di Scienze dell’ambiente e della terra dell’Università di Milano-Bicocca e docente di Marine Vertebrate Zoology.

foca monaca DNA
La foca nuota in immersione. Le foche hanno un corpo perfettamente adattato al nuoto, con le pinne posteriori utilizzate esattamente come la coda di un pesce e le pinne anteriori tenute aderenti al corpo o usate solo per migliorare l’assetto e per i rapidi spostamenti laterali. In foto, una foca monaca (Monachus monachus) del Mediterraneo, femmina adulta Riserva Naturale di Kamenjak, Istria meridionle, Croazia 12-2011. Foto: E. Coppola/GFM

Alla base del metodo, un assunto: ogni organismo vivente lascia una traccia del proprio passaggio e questa viene rivelata dal suo DNA rimasto nell’ambiente. Per esempio per la foca monaca, dal DNA che resta nella massa d’acqua in cui si muove. Elena Valsecchi coordina il gruppo di DNA ambientale marino (Marine eDna Group) dell’ateneo milanese, che da due anni ha promosso il progetto “MeD for Med – Marine environmental DNA for the Mediterranean”, sistema di monitoraggio della biodiversità marina basato proprio sull’analisi del DNA ambientale contenuto in campioni d’acqua raccolti da traghetti lungo le rotte commerciali. Un progetto nato grazie al cofinanziamento del programma Bicocca Università del Crowdfunding dell’Università di Milano-Bicocca e descritto in un articolo pubblicato lo scorso agosto su “Frontiers in Marine Science” (DOI: https://doi.org/10.3389/fmars.2021.704786).

Per mettere a punto una strategia molecolare in grado di intercettare, dall’analisi di semplici campioni d’acqua marina, la presenza della foca monaca, una volta diffusa in tutto il bacino centro-orientale del Mediterraneo ma oggi concentrata principalmente nel Mar Egeo, Elena Valsecchi ha identificato regioni “informative” del DNA mitocondriale del pinnipede, ovvero sequenze target che si trovano solo in questa specie. I ricercatori hanno così potuto sviluppare sonde specifiche per poter “pescare” all’interno di un miscuglio di milioni di molecole di DNA provenienti dagli animali più disparati – come quello presente all’interno di un campione di DNA ambientale prelevato dal mare – il DNA della foca monaca: una sorta di “calamita molecolare”.

 

Foche. La presenza delle foche viene immortalata dal sistema automatizzato di monitoraggio fotografico che scatta una foto ogni ora in punti frequentati dalle foto. Questa foto è stata scattata alla stessa data ed ora in cui un campione è stato prelevato in mare, a 70 metri dalla battigia

In collaborazione con Antonia Bruno, microbiologa del dipartimento di Biotecnologie e bioscienze, si è passati allo screening di “veri” campioni ambientali. Le sonde molecolari sono quindi state testate sul campo, attraverso il confronto con un ampio spettro di campioni, alcuni dei quali (campioni positivi) contenenti il DNA della foca monaca, come quelli prelevati nelle acque dell’Oceano Atlantico intorno dell’arcipelago portoghese di Madera, dove si trova una piccola popolazione stanziale di una trentina di esemplari di foca monaca, grazie alla collaborazione dell’Instituto das Florestas e Conservação da Natureza di Madera.

Campionamento. Mauricio Pereira, ranger del Instituto das Florestas e Conservação da Natureza di Madera, raccoglie un campione d’acqua in prossimità della Isola Grande Deserta (Madera) dove le foche monache hanno trovato riparo per dare alla luce i piccoli

I test hanno dimostrato l’efficienza delle sonde nell’intercettare la presenza del mammifero marino e hanno convinto i ricercatori a sperimentarle in campioni di DNA ambientale raccolti nel Mediterraneo, nell’ambito di altri progetti di ricerca portati avanti dal Marine eDna Group. Questi i risultati:

«Abbiamo rilevato la presenza della specie – afferma Elena Valsecchi – in circa il 50 per cento dei campioni prelevati al largo dell’isola di Lampedusa nell’estate 2020 e in alcuni campioni prelevati tra il 2018 e il 2019 da traghetto al largo dell’arcipelago Toscano nell’ambito del progetto Med for Med, lungo la rotta Livorno-Golfo Aranci (Corsica Sardinia Ferries)».

L’efficacia del test ha avuto una conferma nella realtà. «L’analisi di circa 50 campioni di acqua prelevati nei mari italiani sia sotto costa che in alto mare – prosegue l’ecologa molecolare – ha anticipato alcune delle più importanti segnalazioni e avvistamenti di foca monaca avvenute di recente in Toscana e in Sicilia e ne hanno svelato la presenza in tratti di Mediterraneo finora inesplorati».
da sinistra, Emanuele Coppola e Andrea Parmegiani, laureato all_Università di Milano-Bicocca (corso di laurea magistrale in Marine Sciences), in un campionamento. Foto: E. Coppola/GFM
Le applicazioni di questo sistema di rilevazione molecolare sono molteplici.
«Si potranno monitorare aree dove è già nota la presenza della foca monaca – osserva Emanuele Coppola, documentarista che si è occupato di foca monaca per decenni, nonché presidente del Gruppo Foca Monaca APS e coautore nella pubblicazione – al fine di stimare il passaggio stagionale dei pinnipedi e il grado di fedeltà al sito, anche durante le stagioni invernali o in orari notturni, e tenere sotto osservazione, in modo assolutamente non invasivo, siti costieri che, per conformazione fisica, costituiscono i potenziali habitat di elezione per la foca monaca, quali grotte riparate dalla forza del mare e con spiagge interne ideali per il parto».
foca monaca DNA
Femmina adulta in grotta. Le foche partoriscono a terra e per questo scelgono ambienti molto riparati, come grotte marine con ingresso subacqueo. In foto, una foca monaca (Monachus monachus) del Mediterraneo, femmina adulta Riserva Naturale di Kamenjak, dopo la muta, animale in grotta, Colombarica, Istria meridionale, Croazia 05-2013. Foto: E. Coppola/GFM
Ciò favorirà lo studio e la ricerca sulla specie, la conservazione dei siti e la tutela della foca monaca. 

da sinistra, Emanuele Coppola, Elena Valsecchi, Antonia Bruno. Foto scattata alla mostra IllusiOcean ospitata all_Università di Milano-Bicocca. Foto: E. Coppola/GFM
In questo senso, Università di Milano-Bicocca, Gruppo Foca Monaca APS e numerosi altri partner sono ora impegnati nell’iniziativa “Spot the Monk”, un ambizioso piano di campionamento del Mediterraneo che vede coinvolti anche diversi programmi di citizen science, con diversi equipaggi e imbarcazioni coinvolti nella raccolta dei campioni.
da sinistra, Emanuele Coppola ed Elena Valsecchi. Foto scattata alla mostra IllusiOcean ospitata all_Università di Milano-Bicocca. Foto: E. Coppola/GFM
Testo e foto dall’Ufficio Stampa Università di Milano-Bicocca
BioRescue crea due nuovi embrioni in una corsa contro il tempo per prevenire l’estinzione del rinoceronte bianco del nord
 
BioRescue rinoceronte bianco del nord
Fatu dopo la raccolta degli ovociti. BioRescue /Jan Zwilling

In due serie di procedure, tra ottobre 2021 e febbraio 2022, il consorzio BioRescue ha creato due nuovi embrioni di rinoceronte bianco del nord, portando il totale a 14. Gli ovociti (cellule uovo) sono stati raccolti dalla femmina Fatu in ottobre e gennaio presso Ol Pejeta Conservancy, Kenya, e sono stati maturati e fecondati nei laboratori Avantea, in Italia. Gli embrioni sono stati poi crioconservati a novembre 2021 e febbraio 2022, e attendono di essere impiantati in una o più femmine di rinoceronte bianco del sud in un prossimo futuro.

BioRescue rinoceronte bianco del nord
Fatu e Najin presso l’Ol Pejeta Conservancy. BioRescue /Jan Zwilling

Le procedure che si sono svolte ad ottobre 2021 e a gennaio 2022 a Ol Pejeta segnano il successo della settima e ottava raccolta di ovociti condotta dal team di scienziati e conservazionisti del Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research (Leibniz-IZW), Safari Park Dvůr Králové, Kenya Wildlife Service, Wildlife Research and Training Institute, Ol Pejeta Conservancy, Avantea e Università degli Studi di Padova. Dal 2019, grazie alle otto procedure effettuate, il team ha recuperato un totale di 119 ovociti da Fatu e da sua madre Nájin—ottenendo 14 embrioni. Nel corso del 2021 il consorzio ha deciso di cessare la raccolta di ovociti su Najin dopo aver condotto una valutazione etica dei rischi.

BioRescue rinoceronte bianco del nord
Julia Bohner e Frank Göritz supervisionano mentre Fatu viene sedata per la raccolta degli ovociti. BioRescue /Jan Zwilling

Gli ovociti raccolti sono stati trasportati per via aerea ai laboratori Avantea di Cremona, in Italia, per la maturazione, la fecondazione, lo sviluppo embrionale e la crioconservazione. Entrambi gli embrioni prodotti sono stati fecondati usando il seme del rinoceronte bianco del nord Angalifu. In totale, ci sono ora 11 embrioni di Fatu e Suni e 3 embrioni di Fatu e Angalifu conservati in azoto liquido.

Ricerca degli ovociti al microscopio. BioRescue /Jan Zwilling

 Un numero maggiore di embrioni aumenta le possibilità di vedere in futuro nascere nuovi rinoceronti bianco del nord. Il consorzio mira a ripetere la procedura di raccolta di ovociti da Fatu e lo sviluppo embrionale su base regolare, finché—considerando il benessere di Fatu e le possibilità di successo— ciò è fattibile e responsabile. Questo sarà determinato da regolari valutazioni etiche dei rischi che sono condotte prima di ogni procedura dal BioRescue sotto la guida del Laboratorio di Etica per la Medicina Veterinaria, Conservazione e Benessere Animale dell’Università di Padova.

Analisi all’ultrasuono durante la raccolta degli ovociti. BioRescue /Jan Zwilling

Istituto Leibniz per la ricerca su zoo e fauna selvatica (Leibniz-IZW)

Il Leibniz-IZW è un istituto di ricerca tedesco di fama internazionale del Forschungsverbund Berlin e.V. e membro dell’Associazione Leibniz. La nostra missione è quella di esaminare gli adattamenti evolutivi della fauna selvatica al cambiamento globale e sviluppare nuovi concetti e misure per la conservazione della biodiversità. Per raggiungere questo obiettivo, i nostri scienziati usano la loro vasta esperienza interdisciplinare che va dalla biologia e alla medicina veterinaria per condurre ricerche fondamentali ed applicate – dal livello molecolare al paesaggio – in stretto dialogo con il pubblico e le parti interessate. Inoltre, siamo impegnati in servizi unici e di alta qualità per la comunità scientifica.

www.izw-berlin.de

Parco Safari Dvůr Králové

Il Safari Park Dvůr Králové è un parco safari nella Repubblica Ceca. È uno dei migliori allevatori di rinoceronti fuori dall’Africa e l’unico posto dove il rinoceronte bianco del Nord è stato allevato in cattività; infatti, entrambe le femmine rimaste, Najin e Fatu, sono nate qui. Il Safari Park Dvůr Králové coordina gli sforzi per salvare i rinoceronti bianchi del Nord.

https://safaripark.cz/en/

Servizio della fauna selvatica del Kenya

Il Kenya Wildlife Service è la principale istituzione governativa che conserva e gestisce la fauna selvatica per i kenioti e per il mondo. Fa anche rispettare le leggi e i regolamenti relativi.

http://kws.go.ke/

Istituto di ricerca e formazione sulla fauna selvatica

Il Wildlife Research and Training Institute è una società statale istituita ai sensi del Wildlife Conservation and Management Act No. 47 del 2013 per intraprendere e coordinare la ricerca e la formazione sulla fauna selvatica attraverso approcci innovativi per consentire la fornitura di dati e informazioni accurate e affidabili per informare la formulazione delle politiche e il processo decisionale.

Ol Pejeta Conservancy

Ol Pejeta Conservancy è il più grande santuario di rinoceronti neri dell’Africa orientale, ed è l’unico posto in Kenya per vedere gli scimpanzé. È anche la casa degli ultimi due rinoceronti bianchi del nord del pianeta. La sicurezza all’avanguardia di Ol Pejeta include un’unità K-9 specializzata, telecamere con sensori di movimento lungo la recinzione elettrica a energia solare e un’unità dedicata alla protezione dei rinoceronti.

https://www.olpejetaconservancy.org/

Università di Padova

L’Università di Padova in Italia è una delle più antiche del mondo e festeggia 800 anni. Il suo Dipartimento di Biomedicina Comparata e Scienza dell’Alimentazione sta sviluppando una ricerca ed un’istruzione all’avanguardia nel campo della conservazione e del benessere della fauna selvatica, con un’attenzione particolare alla valutazione etica ed alla valutazione dei progetti di ricerca e dei programmi educativi sviluppati dal Laboratorio di Etica per la Medicina Veterinaria, la Conservazione e il Benessere degli Animali.

https://www.unipd.it/en/

BioRescue crea due nuovi embrioni in una corsa contro il tempo per prevenire l’estinzione del rinoceronte bianco del nord. Frank Göritz, Isaac Lekolool, Thomas Hildebrand, Raffaella Simone, Susanne Holtze e Jan Stejskal (da sinistra verso destra). BioRescue /Jan Zwilling
Testo e foto dall’Ufficio Stampa Università degli Studi di Padova.
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https://scientificult.it/2022/03/23/cellule-staminali-pluripotenti-di-rinoceronte-bianco-del-nord/

La iena gigante che non ha resistito ai cambiamenti climatici 
Pachycrocuta brevirostris, la iena gigante dal muso corto diffusa nel Vecchio Mondo durante il Pleistocene, si è estinta in Europa circa 800 mila anni fa a seguito di cambiamenti climatici e ambientali e non a causa della competizione con altre specie che si diffusero nello stesso periodo. A svelarlo un nuovo studio del Dipartimento di Scienze della Terra della Sapienza, pubblicato sulla rivista Quaternary Science Reviews.

Un super-predatore un tempo popolava Europa, Asia e Africa, la iena gigante dal muso corto Pachycrocuta brevirostris. Con un peso probabilmente superiore ai 100 chilogrammi, fu la iena più grande mai esistita. Diffusasi in Europa circa due milioni di anni fa, fu uno dei predatori più temibili che si trovarono ad affrontare le prime popolazioni di ominini avventuratesi fuori dall’Africa; sebbene il ruolo diretto delle iene come concorrenti ecologici degli ominini del Pleistocene venga spesso enfatizzato, esse erano comunque una componente unica della fauna incontrata da queste popolazioni.

Pachycrocuta brevirostris iena gigante dal muso corto
Pachycrocuta brevirostris, la iena gigante dal muso corto che non ha resistito ai cambiamenti climatici e ambientali

Le iene sono comunemente note per la loro abilità di rompere le ossa e cibarsi del loro contenuto, e Pachycrocuta brevirostris si era ben adattata a questa abitudine alimentare. La iena gigante era anche in grado di accumulare ossa, come oggi testimoniano alcuni siti che rappresentano un vero tesoro per i paleontologi. Durante il Pleistocene, gli ominini erano l’unico altro gruppo capace di sfruttare le ossa come risorsa alimentare, con l’ausilio di strumenti litici per romperle. Per questo motivo, la possibile competizione di queste popolazioni con la iena gigante suscita un grande interesse tra i ricercatori. Eppure, il motivo per cui la specie si estinse e la tempistica di questo evento in Europa rimanevano ancora avvolti nell’incertezza.

Un nuovo studio, condotto da un gruppo di ricercatori del Dipartimento di Scienze della Terra di Sapienza e pubblicato sulla rivista Quaternary Science Reviews, ha riconsiderato i fossili di Pachycrocuta brevirostris e di altre iene che si diffusero in Europa nel Pleistocene, rivelando che la iena gigante dal muso corto scomparve dall’Europa circa 800 mila anni fa, probabilmente a seguito di cambiamenti climatici e ambientali e non a causa della competizione con altre specie che si diffusero nello stesso periodo.

Pachycrocuta brevirostris, Crocuta crocuta e Hyaena prisca

Studi precedenti avevano infatti ipotizzato che la competizione generata dall’arrivo di Crocuta crocuta, l’attuale iena macchiata, potesse aver giocato un ruolo nell’estinzione di Pachycrocuta brevirostris. Tale ipotesi sarebbe supportata dalla coesistenza delle due specie in alcune località dove la iena gigante sopravvisse più a lungo. Tuttavia, i risultati di questa nuova ricerca vanno nella direzione opposta, escludendo l’ipotesi della compresenza e della competizione diretta tra queste iene.

“La scomparsa della iena gigante dall’Europa circa 800 mila anni fa – commenta Alessio Iannucci di Sapienza, primo nome dello studio – è pressappoco coincidente con l’arrivo della iena macchiata, Crocuta crocuta, e di un’altra specie meno nota, la “Hyaena” prisca. Tuttavia, queste specie furono in grado di diffondersi in Europa solo dopo il declino della iena gigante e non contribuirono alla sua estinzione”.

La iena gigante dunque, un tempo diffusa in tutto il continente, non fu in grado di far fronte ai cambiamenti climatici e ambientali che avvennero durante la transizione tra Pleistocene Inferiore e Pleistocene Medio, la cosiddetta “Early–Middle Pleistocene Transition”. Si tratta di un periodo che vide acuirsi l’intensità delle fluttuazioni tra intervalli glaciali e interglaciali, dando poi inizio all’era glaciale. L’avvicendamento tra Pachycrocuta brevirostris e le altre iene fu uno degli eventi più caratteristici del rinnovamento faunistico avvenuto in quel momento: diversi carnivori specializzati, come le tigri dai denti a sciabola, andarono in declino o si estinsero, mentre si diffusero specie nuove e più adattabili. Tra queste si ricordano le linee evolutive dei moderni cervi, cinghiali, daini e lupi, così come popolazioni umane in grado di produrre strumenti litici bifacciali (come cunei, o asce da pugno).

“Le specie meglio adattate a particolari ambienti o a strategie alimentari, come Pachycrocuta brevirostris, sono quelle più a rischio, ma anche quelle che si sono evolute facendo fronte alle fluttuazioni climatiche dell’ultimo milione di anni potrebbero non essere in grado di adattarsi ai rapidi cambiamenti causati dall’attività umana – conclude Raffaele Sardella di Sapienza. “Studiare la risposta degli ecosistemi del passato è cruciale per interpretare criticamente i cambiamenti climatici che osserviamo attualmente”.

 

Riferimenti:

The extinction of the giant hyena Pachycrocuta brevirostris and a reappraisal of the Epivillafranchian and Galerian Hyaenidae in Europe: faunal turnover during the Early-Middle Pleistocene Transition – Alessio Iannucci, Beniamino Mecozzi, Raffaele Sardella, Dawid Adam Iurino – Quaternary Science Reviews 2021, 272:107240. https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2021.107240

 

Testo, video e foto dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma

COME GLI ESSERI UMANI, ANCHE I PINGUINI RICONOSCONO I LORO SIMILI ATTRAVERSO I SENSI

Uno studio dei ricercatori UniTo ha svelato l’interazione multisensoriale dei pinguini africani, aprendo nuove strade per la conservazione di questa specie a rischio estinzione

Pinguini africani

Oggi, mercoledì 13 ottobre, sulla rivista scientifica Proceeding of the Royal Society B, è stato pubblicato uno studio dei ricercatori dell’Università di Torino, dal titolo “Cross-modal individual recognition in the African penguin and the effect of partnership”, che mostra come i pinguini africani riconoscano i loro compagni di colonia attraverso i sensi. Gli autori della ricerca, Dott. Luigi BaciadonnaDott. Cwyn SolviSara La CavaDott.ssa Cristina PilengaProf. Marco Gamba e Dott. Livio Favaro, hanno scoperto che la capacità di riconoscere i propri simili utilizzando diversi sensi, caratteristica tipica dell’essere umano, è presente anche in questa specie di volatili a rischio estinzione.

Il cervello umano è in grado di memorizzare le informazioni in modo tale che possano essere recuperate da diversi sensi. Questa integrazione multisensoriale ci permette di formare immagini mentali del mondo ed è alla base della nostra consapevolezza cosciente e della nostra comunicazione sociale, fondamentale per l’interazione con i nostri simili. Le stesse modalità di interazione sono state osservate nei comportamenti dei pinguini africani.

Dopo che coppie di pinguini hanno trascorso del tempo insieme in una zona isolata, uno è stato rilasciato dalla zona, lasciando l’altro, pinguino focale, da solo. Una chiamata vocale è stata immediatamente riprodotta dalla direzione in cui il pinguino ha lasciato. Il pinguino focale ha risposto più velocemente alla chiamata se non corrispondeva all’identità del pinguino che aveva appena visto uscire. Questo comportamento dimostra che la chiamata ha violato le loro aspettative e indica che possono immaginare l’altro individuo nella loro mente e accedere a questa immagine attraverso diversi sensi.

pinguini africani sensi
Pinguini africani

“Questa forma di riconoscimento individuale – dichiara il Dott. Luigi Baciadonna, ricercatore del Dipartimento di Scienze della Vita e Biologia dei Sistemi UniTo e autore principale dell’articolo – è stata precedentemente descritta solo in pochi mammiferi e nei corvi. Il fatto che un uccello filogeneticamente così distante, il pinguino africano, possa formare immagini mentali di altri individui suggerisce che questo complesso sistema di riconoscimento sociale possa essere molto più diffuso di quanto avessimo immaginato”.

“I nostri risultati – afferma il Dott. Livio Favaro, coautore senior della ricerca per l’Università di Torino – mostrano che questi pinguini non si affidano, come si pensava in precedenza, solo alle informazioni vocali per la comunicazione. Il nostro lavoro apre anche nuove strade per indagare la cognizione complessa in una specie di uccelli non precedentemente nota per la loro intelligenza”.

“I pinguini africani – prosegue la Dott.ssa Cristina Pilenga, coautrice della ricerca con sede allo ZooMarine di Roma, dove si è svolto lo studio – sono classificati come specie in pericolo dalla IUCN, e quindi la conoscenza delle loro capacità cognitive può essere particolarmente preziosa per aumentare la consapevolezza del loro stato di conservazione”.

“Estendere lo studio della cognizione a specie comportamentalmente distinte – conclude il Prof. Marco Gamba, docente di Zoologia all’Università di Torino – ha il potenziale di rivelare come i sistemi sociali e le pressioni ambientali in cui vivono gli animali abbiano modellato le differenze nella cognizione attraverso l’evoluzione”.

 

Testo e foto dall’Area Relazioni Esterne e con i Media dell’Università degli Studi di Torino

Ciclo sonno-veglia: a regolarlo anche le cellule immunitarie
Un team internazionale di ricercatori coordinati dal Dipartimento di Fisiologia e farmacologia della Sapienza, ha identificato in alcune cellule coinvolte nel sistema immunitario del cervello un ruolo centrale anche nella regolazione del ciclo sonno-veglia. I risultati dello studio, pubblicato sulla rivista Glia, aprono a nuove prospettive di studio sul funzionamento del cervello.

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Ciclo sonno-veglia: a regolarlo anche le cellule immunitarie. Foto di Free-Photos

Il sonno è un fenomeno universale nel regno animale che da un lato ha una funzione ristorativa, permettendo il recupero delle energie spese durante la veglia e la rimozione dei prodotti di rifiuto, e dall’altro ha un ruolo fondamentale nei processi cognitivi e nell’elaborazione delle informazioni. Durante il sonno, infatti, si verificano processi computazionali come la formazione e il consolidamento della memoria relativa a eventi avvenuti durante la veglia, così come le alterazioni o la deprivazione di sonno possono comportare disturbi cognitivi.

Sebbene sia stato dimostrato che l’alternanza del ciclo sonno-veglia è regolata sia da stimoli interni (orologio biologico principale, localizzato nel nucleo soprachiasmatico dell’ipotalamo) e da stimoli esterni (come il ciclo buio-luce, l’attività lavorativa o i pasti), i meccanismi cellulari alla base del ciclo sonno-veglia sono in parte ancora sconosciuti.

In questa cornice di ricerca si inserisce un nuovo studio coordinato da ricercatori del Dipartimento di Fisiologia e farmacologia della Sapienza, in collaborazione con il Dipartimento di Medicina molecolare dell’Ateneo, il Consiglio nazionale delle ricerche e altre università e centri di ricerca internazionali, nel quale viene dimostrato per la per la prima volta il ruolo delle cellule della microglia nella regolazione del ciclo sonno-veglia.

Queste cellule si occupano della difesa immunitaria attiva nel sistema nervoso centrale e, secondo il lavoro pubblicato sulla rivista Glia, contribuiscono anche a regolare la durata del sonno, grazie alla loro interazione con le cellule nervose.

“La microglia – spiega Cristina Limatola di Sapienza, coordinatrice dello studio – regola la durata della fase di sonno nei topi anche attraverso il recettore per chemochine CX3CR1, altamente espresso in queste cellule dove svolge importanti ruoli durante sviluppo e maturazione del sistema nervoso centrale”.

“I modelli animali in cui la microglia è stata eliminata attraverso il trattamento con un antagonista del recettore CSF1R, oppure che manchino del recettore CX3CR1 sulla microglia – aggiunge Limatola – mostrano un aumento della fase non-rapid eye movement (NREM) del sonno, durante le ore di veglia associata ad alterazioni della trasmissione sinaptica a livello dell’ippocampo, regione fondamentale per la formazione della memoria a lungo termine”.

Questo lavoro aiuta a svelare i meccanismi alla base della regolazione del ciclo sonno-veglia e apre a nuove prospettive sul ruolo delle cellule della glia nel funzionamento del cervello.

Riferimenti: 

Microglia modulate hippocampal synaptic transmission and sleep duration along the light/dark cycle – Giorgio Corsi, Katherine Picard, Maria Amalia di Castro, Stefano Garofalo, Federico Tucci, Giuseppina Chece, Claudio del Percio, Maria Teresa Golia, Marcello Raspa, Ferdinando Scavizzi, Fanny Decoeur, Clotilde Lauro, Mara Rigamonti, Fabio Iannello, Davide Antonio Ragozzino, Eleonora Russo, Giovanni Bernardini, Agnès Nadjar, Maria Eve Tremblay, Claudio Babiloni, Laura Maggi, Cristina Limatola – Glia 2021 Sep 6 DOI: 10.1002/glia.24090

Testo dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma

Convergenza evolutiva: la dieta come fattore determinante? Sì, ma solo in alcune specie

Un gruppo di ricercatori del Dipartimento di Biologia e biotecnologie Charles Darwin della Sapienza ha pubblicato sulla rivista Evolution uno studio sulla convergenza evolutiva tra le specie. La ricerca si interroga su quanto sia comune la convergenza morfologica nei carnivori e sulle possibili cause, con il risultato, inatteso, che essa derivi da interazioni complesse tra morfologia, ecologia e biomeccanica.

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Convergenza evolutiva: la dieta come fattore determinante? Sì, ma solo in alcune specie. Panda rosso (Ailurus fulgens), Aachen. Foto di Brunswyk, CC BY-SA 3.0

La convergenza evolutiva è un fenomeno per cui specie diverse, che vivono e si sono adattate ad ambienti simili, evolvono caratteristiche morfologiche e funzionali analoghe che li portano a somigliarsi moltissimo pur non avendo parentela in comune.

Una delle questioni più dibattute tra gli studiosi è quella di determinare in maniera affidabile quali siano i tratti maggiormente predisposti a convergere tra le specie, e quali le cause. Numerose le ipotesi ancora inesplorate, non solo ecologiche, ma anche comportamentali e filogenetiche. Il fattore ecologico che più frequentemente si presume abbia prodotto convergenza morfologica nei carnivori, e più specificamente nel loro complesso cranio-mandibolare, è la dieta.

Perché è importante fare chiarezza su questo aspetto? Perché se diete simili producessero morfologie dentali convergenti, i paleoecologi potrebbero arrivare a definire le condizioni ecologiche di una specifica area geografica del passato.

Se finora il numero di casi documentati di convergenza evolutiva è stato più basso di quanto ci si aspettasse, numerosi invece i casi basati su considerazioni unicamente qualitative che però non hanno consentito di comprendere la frequenza del fenomeno, rendendo difficile individuare delle tendenze evolutive ricorrenti, sia tra i vari gruppi tassonomici che al loro interno.

Oggi un nuovo studio pubblicato sulla rivista Evolution e coordinato da Luigi Maiorano del Dipartimento di Biologia e biotecnologie Charles Darwin della Sapienza, in collaborazione con il Museo di Zoologia dell’Ateneo, l’Università John Moores di Liverpool e l’Università di Napoli Federico II presenta la più vasta valutazione quantitativa mai realizzata, riguardante la convergenza evolutiva cranio-mandibolare nell’ordine Carnivora dei mammiferi.

“Questo studio – spiega Davide Tamagnini del Dipartimento di Biologia ambientale, primo nome dello studio – si inserisce in un trend crescente di ricerca, che impiega metodi innovativi (phylogenetic comparative method) per indagare fenomeni tradizionalmente descritti solo in maniera qualitativa. Nel lavoro si impiegano anche semplici dati morfologici, estratti da un gran numero di taxa dell’ordine Carnivora, per chiarire se la dieta causi convergenza nel loro complesso cranio-mandibolare”.

Le evidenze ottenute sostengono la rarità della convergenza evolutiva all’interno di vaste categorie ecologiche, ma mostrano invece una maggior frequenza di questo fenomeno evolutivo in casi isolati di specie che, pur non essendo imparentate tra loro, hanno lo stesso ruolo nell’ambiente in cui vivono.

È il caso del panda gigante e del panda rosso che appartengono a due famiglie diverse: il primo a quella degli ursidi (come gli orsi), mentre il secondo alla famiglia ailuridae (come i procioni) accomunati dall’alimentazione a base di bambù, dalle tipiche macchie nere intorno agli occhi e dal cosiddetto “falso pollice”.

Se per i panda, dunque, la convergenza si trova in due specie che vivono nello stesso habitat e nella stessa regione, tra i carnivori, invece, si trovano frequenti esempi di adattamenti morfologici convergenti anche in specie evolute in continenti diversi. Queste coppie di specie sono comunemente ritenute “ecologicamente equivalenti”, perché vivono in diverse regioni geografiche ma occupano nicchie ecologiche simili.

“In questa ricerca abbiamo studiato la convergenza morfologica, raggruppando le specie in base al tipo di cibo prevalente nella loro dieta. Poi, abbiamo considerato diversi casi di potenziale convergenza morfologica concentrandoci su specie ecologicamente equivalenti di dimensioni corporee simili, oppure taxa molto affini rispetto a dieta e habitat, ma con grandi differenze di taglia”.

“I nostri risultati – dichiara Luigi Maiorano, coordinatore del lavoro – non supportano quasi mai il verificarsi di un’evoluzione convergente nelle categorie alimentari dei carnivori viventi: l’evoluzione convergente in questo clade sembra essere un fenomeno raro”.

Il fenomeno della convergenza, dunque, è meno frequente di quanto atteso e tale risultato è probabilmente dovuto a interazioni complesse tra morfologia, ecologia e biomeccanica.

Questa ricerca sottolinea inoltre l’importanza della scala tassonomica considerata negli studi macroevolutivi.

Riferimenti:

Testing the occurrence of convergence in the craniomandibular shape evolution of living carnivorans – Davide Tamagnini, Carlo Meloro, Pasquale Raia, Luigi Maiorano – Evolution, 75(7): 1738-1752. DOI: https://doi.org/10.1111/evo.14229

 

Testo dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma sulla dieta come fattore determinante di convergenza evolutiva.