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Riccardo Castiglia

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Le zanne “high-tech” dei cobra sputatori

Un nuovo studio condotto da un team internazionale di ricercatori di varie università, tra cui la Sapienza Università di Roma, ha indagato la capacità di questi serpenti di difendersi dagli aggressori spruzzando veleno dalle proprie zanne fino a più di tre metri di distanza: la ricerca, pubblicata su Journal of Experimental Biology, ha dimostrato che tale abilità è dovuta alle peculiari caratteristiche morfologiche delle zanne più che alle proprietà fisiche del veleno.

Un rinkhals (Hemachatus haemachatus), serpente elapide imparentato con i “veri” cobra (genere Naja), nell’atto di sputare veleno. Photo credit: The Trustees of the Natural History Museum of London e Callum Mair

I cobra sono serpenti del genere Naja, che iniettano veleno altamente tossico nel corpo delle loro prede attraverso zanne specializzate, provviste di una scanalatura interna, che funzionano esattamente come una siringa ipodermica. Fra questi, ci sono i cobra “sputatori”, capaci di utilizzare il veleno non solo per predazione ma anche per difesa, spruzzandolo dalle loro zanne negli occhi dei loro aggressori, fino a più di 3 metri di distanza. L’effetto del veleno a contatto con gli occhi è devastante, causando dolore intenso e, nei casi più gravi, cecità.

Si pensava che questo comportamento unico avesse portato i cobra sputatori a evolvere un veleno con proprietà fluidodinamiche più adatte per essere proiettato a distanza. Oggi un nuovo studio a cui hanno collaborato ricercatori della Sapienza Università di Roma, pubblicato sulla rivista Journal of Experimental Biology, ha dimostrato invece che sono le caratteristiche morfologiche peculiari delle zanne dei cobra sputatori, come lo sbocco esterno del canale rivolto più anteriormente rispetto ai cobra non sputatori, a favorire il getto direzionabile del veleno.

La scoperta è di un giovane laureato del Dipartimento di Biologia e biotecnologie Charles Darwin della Sapienza, Ignazio Avella, vincitore di una borsa di studio del Journal of Experimental Biology e primo nome del lavoro condotto in collaborazione con Riccardo Castiglia, dello stesso Dipartimento, e ricercatori delle università di Porto (Portogallo), Sheffield (Inghilterra) e Bangor (Galles), e della Liverpool School of Tropical Medicine (Inghilterra).

cobra sputatori zanne
Cobra sputatore del Mozambico (Naja mossambica). Photo credit: Wolfgang Wüster

In particolare, per indagare le proprietà del flusso del veleno lungo le zanne, il team ha confrontato la viscosità dei veleni prodotti da 13 specie di cobra, sputatori e non sputatori, provenienti da tutto il mondo. Sorprendentemente, sebbene le zanne dei cobra sputatori siano risultate modificate per permettere al veleno di scorrere attraverso il canale interno più velocemente e con una pressione inferiore rispetto ai cobra non sputatori, non sembrano esserci differenze significative nelle proprietà fisiche dei veleni prodotti dalle due tipologie di cobra.

I ricercatori sono giunti anche ad altri risultati inaspettati. Rispetto a studi precedenti condotti su scala minore, che avevano ipotizzato che il veleno modificasse le sue proprietà in base ad altri fattori, come la velocità (comportandosi come un fluido pseudoplastico non Newtoniano), in questo lavoro è stato visto che i veleni si comportano invece come l’acqua, vale a dire come un normale fluido Newtoniano che non modifica le proprie proprietà, mettendo in discussione quanto riportato nei lavori precedenti.

Escluso quindi il ruolo del veleno, i risultati dello studio suggeriscono che la morfologia particolare delle zanne dei cobra sputatori contribuisce all’eiezione aerea del veleno più che le proprietà fisiche dello stesso.

Riferimenti:

Unexpected lack of specialisation in the flow properties of spitting cobra venom – Avella I., Barajas-Ledesma E., Casewell N. R., Harrison R. A., Rowley P. D., Crittenden E., Wüster W., Castiglia R., Holland C., van der Meijden A. (2021). Journal of Experimental Biology. doi:10.1242/jeb.229229

Testo dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma

 

Il topolino domestico delle Isole Eolie: uno straordinario modello evolutivo risultato di una amicizia millenaria con l’uomo 

Lo studio firmato Sapienza identifica nel patrimonio genetico del piccolo animale il segreto per la comprensione degli intricati meccanismi legati alla comparsa di nuove specie I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Molecular Biology and Evolution

topolino domestico delle Isole Eolie
Vista di Vulcano dall’osservatorio di Lipari. Foto Flickr di Andrea Pacelli, CC BY-SA 2.0

Secondo il calendario cinese, il 2020 è l’anno del Topo e la rivista Molecular Biology and Evolution ha voluto celebrare questo avvenimento dedicando una particolare attenzione scientifica agli studi sulla genetica evolutiva di ratti e topi.

Fra questi, è stato selezionato e pubblicato il lavoro del gruppo di ricerca coordinato da Riccardo Castiglia del Dipartimento di Biologia e biotecnologie Charles Darwin della Sapienza, riguardante l’evoluzione in Mus domesticus, anche detto topolino delle case o topo domestico, nell’arcipelago delle Isole Eolie (Sicilia).

Lo studio, per mezzo di tecniche di sequenziamento genetico di ultima generazione (Next Generation Sequencing, NGS), ha analizzato da un nuovo punto di vista la straordinaria diversità cromosomica delle popolazioni del topolino delle case che vivono nell’arcipelago. La particolarità genetica di questo animale è il risultato di una millenaria convivenza con l’uomo che avrebbe avuto quindi un ruolo determinate nel suo processo evolutivo.

Il topolino domestico ha origine nel corso del Neolitico in Medio Oriente, come commensale dell’uomo che, a quel tempo, iniziava a vivere in comunità stanziali. Da lì, insieme al suo compagno di viaggio si è spostato arrivando nel Mediterraneo centrale circa 3.000 anni fa, durante l’Età del Ferro. Le Isole Eolie rappresentavano in quel periodo storico un crocevia di passaggio delle navi mercantili, una delle principali vie commerciali dell’ossidiana, il prezioso vetro nero vulcanico.

“Le isole – commenta Emanuela Solano, autrice dello studio – sono una fabbrica di variabilità genetica e rappresentano un vero paradiso per il biologo evoluzionista. Grazie alla collaborazione con l’Università di Konstanz, nel nostro lavoro abbiamo affiancato per la prima volta all’analisi dell’evoluzione cromosomica in Mus domesticus, che è il nostro ambito di ricerca da svariati anni, un approccio genome wide, basato sull’indagine dell’intero genoma”.

Così i ricercatori hanno osservato come il Mus domesticus abbia sviluppato, nel tempo e in molte delle aree che ha “colonizzato”, diverse mutazioni cromosomiche (dette traslocazioni Robertsoniane) da cui sono derivate le cosiddette razze cromosomiche, ovvero numerose popolazioni con numero cromosomico variabile. Nello specifico è stato evidenziato che tale diversità cromosomica si è originata all’interno dell’arcipelago e non deriva da colonizzazioni multiple da aree limitrofe, come invece si riteneva in precedenza.

Inoltre, sono stati dimostrati complessi meccanismi di ibridazione che hanno “rimescolato” le razze cromosomiche presenti sulle diverse isole per arrivare a nuove combinazioni cromosomiche.

“La presenza di razze cromosomiche – aggiunge Solano – rende il topolino un modello per gli studi volti a comprendere i meccanismi legati all’origine di nuove specie (la speciazione) e il ruolo delle mutazioni cromosomiche nella fertilità degli ibridi”.

“La risoluzione di questo complesso modello di evoluzione cromosomica – conclude Riccardo Castiglia – ha dimostrato che il topolino ha grandi “capacità evolutive” e che nella sua veste selvatica può rappresentare un occhio sull’evoluzione in tempi brevi, evidenziando, ogni volta che si va a fondo su questo argomento, aspetti sorprendenti. Rappresenta, quindi, un validissimo strumento per la comprensione degli intricati meccanismi che portano alla comparsa di nuove specie rappresentando un proxy per lo studio della biodiversità del pianeta”.

Riferimenti:

Reconstructing the evolutionary history of chromosomal races on islands: a genome-wide analysis of natural house mouse populations – Paolo Franchini,  Andreas F Kautt,  Alexander Nater,  Gloria Antonini,  Riccardo Castiglia, Axel Meyer,  Emanuela Solano – Molecular Biology and Evolution https://doi.org/10.1093/molbev/msaa118

 

Testo sul topolino domestico delle Isole Eolie (Sicilia) dal Settore Ufficio stampa e comunicazione dell’Università Sapienza di Roma