La placenta e’ una malattia dei marsupiali

I mammiferi, lo dice la parola stessa, sono quegli animali dotate di mammelle e che allattano i propri piccoli. Come i suddetti piccoli vengano dati alla luce, per questa definizione, e’ irrilevante e i tre gruppi di mammiferi, Monotremi, Marsupiali e Placentati, adottano tre strategie completamente diverseper nutrire l’embrione: uova, sacca e placenta. Nonostante questa diversita’ i tre ordini esistenti piu’ alcuni estinti tipo i Triconodonta discendono da un unico antenato comune, un rettile di quelli chiamati mammalomorfi, rettili a forma di mammifero, che circa 250 milioni di anni fa sviluppo’ la capacita’ di nutrire i suoi piccoli con secrezioni ghiandolari. Come si e’ arrivati pero’ ad un sistema in cui gli embrioni vengono direttamente nutriti tramite il corpo della madre senza bisogno di gadgets tipo uova e marsupi? In altre parole, come ci siamo evoluti a partire dai marsupiali (non discendiamo dai canguri, sia chiaro!)? Semplice: basta un virus ed il gioco e’ fatto. Prima di discutere di questa bizzarria cerchiamo  di capire esattamente come ci siamo evoluti a partire dai rettili.

Una baby-echidna appena uscita dall’uovo. Foto

Tra le caratteristiche che accomunano tutti i mammiferi, incluso lo sfigatissimo ornitorinco che depone le uova, e’ di essere capaci di regolare la temperatura corporea dall’interno senza dipendere da fattori climatici (i Monotremi, l’ornitorinco e l’echidna, hanno una temperatura un po’ piu’ bassa, 32 gradi in media, contro i 35 dei Marsupiali e i 37-38 dei Placentati). Hanno inoltre un tasso metabolico uniformemente elevato per cacciare meglio, tre ossicini (staffa, incudine e martello) nell’orecchio medio per sentire meglio, la mandibola fatta di un unico pezzo e il palato osseo per masticare meglio. Hanno inoltre il pelo per scaldarsi meglio, come lo avevano anche molti rettili mammalomorfi incluso l’antenato comune: i fossili “pelosi” piu’ antichi  sono  Juramaia sinensisCastorocauda, entrambi vissuti a meta’ del Giurassico di cui pero’ la prima e’ nel lignaggio dei veri mammiferi, il secondo invece si e’ ramificato prima dell’antenato comune tra Monotremi, Marsupiali e Placentati e quindi non e’ considerato un mammifero a tutti gli effetti pur essendo peloso. I geni per la cheratina, d’altronde, risalgono a circa 300 milioni di anni fa e sono in comune tra tutti i vertebrati terrestri. Solo i Therapsidi pero’ hanno usato la cheratina per costruire il pelo e le vibrisse. I mammiferi, inoltre. sono caratterizzati dall’avere un cervello grande rispetto agli altri vertebrati, che inizialmente si e’ sviluppato per affinare l’olfatto del progenitore comune, notturno. Hanno inoltre sviluppato la neocorteccia in cui vi sono complicate mappe senso-motorie e il corpo calloso, quella struttura in cui le fibre dei due emisferi si incrociano per scambiare informazioni (e che e’ responsabile dei deja-vu quando il sincrono nello scambio fallisce). Queste funzioni negli altri vertebrati non e’ che manchino, e’ solo che sono compiute in altre zone del cervello.

Albero filogenetico dei mammiferi, modificato da Luo et al. (2011). Ho evidenziato Eomaia in Verde, Sinodelphis in rosa e Juramaia in giallo per sottolinearne le posizioni.

La linea che porto’ ai Monotremi si separo’ dalla linea dell’antenato comune dei mammiferi circa 220 milioni di anni fa. Se vi siete chiesti, come mi sono chiesta io, come sarebbe una frittata di uovo di ornitorinco sappiate che le uova sono tenute nel corpo della madre per un  certo tempo prima di essere deposte, quindi quando arrivano in pentola c’e’ gia’ dentro un embrione parzialmente sviluppato, il che significa che la frittata, ahime’, non si puo’ fare. Dopotutto, sono mammiferi.

Dopo la fuoriuscita dei Monotremi rimasero in concorso solo i Theria, ovvero i marsupiali e i placentati o, come li chiamano i tassonomi, i Metatheria e gli Eutheria, che si separarono in qualche momento non ben chiaro nel Mesozoico. Bisogna specificare ancora una volta che la distinzione tra i due gruppi non e’ nel modo in cui “fabbricano” i bambini, quanto piuttosto in caratteristiche anatomiche e molecolari. Le caratteristiche anatomiche consistono perlopiu’ in differenze nelle articolazioni della spalla e delle caviglie, nella dentatura, nella muscolatura delle mandibole molto piu’ forte nei marsupiali e nel metabolismo piu’ lento di questi. C’e’ stato un momento, nel Cretacico, in cui gli Eutheria erano anatomicamente gia’ differenziati ma partorivano i piccoli molto immaturi, come i marsupiali, perche’ la placenta si stava evolvendo, e questo ci porta al nocciolo di tutto il discorso: chi, come, quando e perche’ ha “inventato” la placenta? Chi e’ il nostro progenitore o meglio, la nostra progenitrice, che per prima ha rivoluzionato il sistema di generare figli?

 

Una decina circa di anni fa ci fu in Cina una scoperta rivoluzionaria che consisteva nel fossile meravigliosamente ben conservato di Eomaia scansoria (alba-madre che si arrampica), un piccolo mammifero (una dozzina di cm e 25 g di peso, piu’ o meno le dimensioni di un topolino) dall’aspetto simile a quello di uno scoiattolo o di una moderna tupaia. Il fossile, risalente a 125 milioni di anni fa, e’ cosi’ ben conservato che e’ rimasta l’orma degli organi interni e l’alone del pelo. Quello che rende Eomaia cosi’ speciale e’ di avere, anatomicamente parlando, caratteristiche delle ossa e delle articolazioni delle caviglie intermedie tra quelle dei marsupiali e quelle dei placentati, pur essendo decisamente piu’ vicina agli Eutheria che ai Methateria, il che ci permette di dare una data (almeno 125 milioni di anni) alla separazione tra i due gruppi. Come si riproduceva Eomaia? La pelvi e le ossa del bacino sono strette, il che indicherebbe che l’animale dava alla luce piccoli molto immaturi come accade oggi nei marsupiali, non c’era spazio per partorire cuccioli grandi. In aggiunta l’osso epipubico e’ presente. Si tratta di due ossa presenti oggi nei monotremi e nei marsupiali che si proiettano in avanti a partire dalle ossa pelviche e aiuterebbero nella locomozione ma nei placentati non ci sono piu’ perche’ ostacolerebbero l’ingrandimento dell’utero durante la gravidanza. La presenza in Eomaia indica che non le veniva il “pancione” quando era incinta. E’ quindi possibile che dopo un certo tempo, placenta o non placenta, i piccoli nascessero e rimanessero a stretto contatto col corpo della madre, ad esempio appesi sotto la pancia, attaccati ai capezzoli, o in un proto-marsupio. L’Eomaia occupava la nicchia ecologica di un ghiro e si spostava sui rami tra gli arbusti, anche se era piu’ generalista di un ghiro per il cibo. La dentizione e’ ibrida ma piu’ vicina agli Eutheria quindi in pratica anche se non partoriva cuccioli grandi possiamo considerare l’Eomaia la nostra bis-bis-bis-nonna, o almeno la nostra pro-pro-pro zia.

Bisogna anche sottolineare che contemporaneamente all’Eomaia e sempre in Cina viveva anche il piu’ antico marsupiale di cui si abbia traccia, Sinodelphis szalayi, trovato nella stessa cava dell’Eomaia ma con caratteristiche indubbiamente da marsupiale. 125 milioni di anni fa esistevano quindi fianco a fianco, nella stessa foresta, proto-marsupiali e proto-placentati, entrambi arboricoli ma con i due lignaggi che si stavano differenziando sempre di piu’.

Juramaia sinensis. Disegno da Luo et al. (2011)

Lo stesso team di scienziati cinesi che nel 2000 ha scoperto l’Eomaia e nel 2003 il Sinodelphis ha quest’anno (2011) scoperto un’altra bestia proveniente da una cava nella stessa provincia cinese (Liaoning) dell’Eomaia. L’animale e’ stato chiamato Juramaia sinensis (madre giurassica cinese) e risale a 160 milioni di anni fa, al Giurassico, come dice il nome. Juramaia somigliava ad un toporagno e si arrampicava anche lei. In comune con Eomaia ha soprattutto di avere caratteristiche ibride tra Metatheria ed Eutheria. Manca sfortunatamente il bacino del fossile ma ho forti sospetti che non sarebbe stato dissimile da quello di Eomaia, stretto e con l’osso epipubico.

Siamo dunque al punto in cui ci sono tutti questi mammiferi Giurassici arrampicatori, con una probabile grande biodiversita’, che servivano da cibo ai dinosauri (protouccelli?) cinesi e che avevano caratteristiche intermedie tra marsupiali e placentati, quindi adesso che sappiamo chi ha inventato la placenta (uno tra i tanti cugini dell’Eomaia o della Juramaia) e quando (nel Giurassico) resta da scoprire il come e il perche’.

Sul perche’ dobbiamo dare un’occhiata alla fisiologia dei mammiferi e soprattutto porci una domanda: perche’ il cangurino viene espulso dall’utero materno dopo solo un mese di gestazione? Chi glielo fa fare? Non potrebbe rimanere nell’utero al sicuro, al caldo e ben nutrito? Il problema e’ che no, non puo’ per due ottime ragioni:

1) La madre sviluppa anticorpi nei confronti dell’embrione, che ha meta’ dei geni (e quindi delle proteine prodotte) paterni e diversi da quelli della madre, quindi si genera una reazione immunitaria che porta all’espulsione del “corpo estraneo”. Nei placentati questo non avviene perche’ la placenta fa da barriera nei confronti degli anticorpi materni.

2) i marsupiali hanno una placenta detta coriovitellina, meno vascolarizzata e non sprofondata nei tessuti dell’utero materno. Una piccola quantita’ di nutrimento (latte uterino) diffonde dalla madre all’embrione ma il grosso del nutrimento deriva dal sacco vitellino dell’embrione stesso. Finito questo conviene uscire a cercare del latte.

Il problema quindi e’ nella struttura della placenta e il salto tra i marsupiali e noi avvenne quando si passo’ da una placenta di tipo coriovitellina ad una di tipo corioallantoidea come quella dei moderni placentati, che blocca gli anticorpi e nutre l’embrione perche’ e’ sprofondata nell’utero e ricca di vasi sanguigni che portano nutrimento dalla madre al feto. Facile a dirsi, ma evidentemente non a farsi dal momento che si e’ evoluta solo due volte indipendentemente tra i vertebrati, in noi e nei bandicoot (Peramelidae), dei piccoli marsupiali australiani, nel corso degli ultimi 300 milioni di anni.

E ora arriviamo alla parte stupefacente di questo post: la placenta era una malattia dei marsupiali!

In qualche momento nel Giurassico o nel Cretacico un retrovirus muto’ e infetto’ una Juramaia o chi per lei. I retrovirus sono virus come quelli dell’AIDS, capaci di fondersi col DNA dell’ospite e di rimanere quiescenti per molto tempo o di cominciare a replicarsi quando decidono che e’ il momento. Il virus era forse presente nell’ovulo o infetto’ direttamente un embrione. Fattosta’ che la replicazione virale modifico’ il trofoblasto, lo strato esterno dell’embrione di 4 giorni (detto blastocisti), rendendolo capace creare cellule che crescono all’impazzata e si infiltrano aggressivamente nella mucosa uterina e di creare chilometri di nuovi vasi sanguigni. Lo strato esterno del trofoblasto va incontro a degenerazioni e le cellule sono tutte fuse tra loro formando un unico cellulone multinucleato e ricco di spazi vuoti. Tutte caratteristiche che si riscontrano anche in alcune cellule tumorali. L’utero della madre di solito reagisce producendo sostanze che bloccano l’invasione e l’espansione si ferma ad un punto di equilibrio. Ma a quel punto i vasi sanguigni dell’embrione sono fusi con quelli dell’utero materno, che puo’ quindi passare nutrimento al piccolo per tutto il periodo della gravidanza, e la placenta continuera’ a svilupparsi man mano che il feto cresce.

Il retrovirus e’ ancora li bello piazzato nel nostro DNA e in quello di tutti gli altri mammiferi placentati, sebbene spezzettatotra i cromosomi, e di solito sta li buono Si attiva pero’ proprio durante le prime fasi di vita dell’embrione e solo nelle cellule che formeranno la placenta, solo che ovviamente si e’ coevoluto insieme a noi ed ora non e’ piu’ capace di formare una particella virale e far danno. Un gene del virus ad esempio era responsabile della produzione dello strato esterno di proteine che rivestono il virus, ed e’ anche oggigiorno responsabile della fusione delle cellule del trofoblasto nella placenta degli esseri umani e la sequenza del gene e’ conservata in tutti i primati.

Bisogna dire che questo particolare retrovirus (che si chiama HERV-W) e’ in buona compagnia, perche’ l’incredibile cifra dell’8% del DNA umano e’ fatto di retrovirus che un bel giorno si sono integrati e trasposoni (DNA che si fa i fatti suoi e non appartiene al proprietario dei cromosomi, probabilmente rimanenze di virus), ma questo virus ha avuto un significato evolutivo enorme per noi perche’ lo sviluppo del nostro cervello e’ possibile solo con un apporto nutritivo grande come quello che si ha per via transplacentale. Certo, il sapere che noi siamo virus per l’8% non e’ esattamente un pensiero edificante e soprattutto fa venire facilmente crisi di identita’, ma rimane sicuramente un’idea molto affascinante. Non e’ impossibile che tra x generazioni l’HIV si integri nel nostro genoma, come pare abbiano gia’ fatto altri virus della stessa famiglia dell’HIV, e la smetta di darci fastidio ma l’ardua sentenza spetta ai posteri, sia i nostri che quelli del virus. Io mi chiedo pero’ l’Eomaia che sintomi aveva quando veniva infettata dal virus, sospetto che la specie (o le specie) abbiano subito una bella decimazione prima che il virus mutasse ancora integrandosi nel genoma e formasse una placenta funzionale perche’ immagino che provocasse qualche tipo di teratoma.

Un virus di un minuscolo e insignificante protomammifero da 15 grammi di 150 milioni di anni fa ha permesso che oggi fossimo qui. Le vie dell’evoluzione sono veramente infinite e bellissime!

 

Alcune Referenze consultate

Blond J-L, Lavillette D, Cheynet V, Bouton O, Oriol G, Chapel-Fernandes S, Mandrand B, Mallet F, Cosset FL. An envelope glycoprotein of the human endogenous retrovirus HERV-W is expressed in the human placenta and fuses cells expressing the type D mammalian retrovirus receptor. J. Virol.2000;74:3321-3329

Blaise S, de Parseval N, Benit L, Heidmann T. Genomewide screening for fusogenic human endogenous retrovirus envelopes identifies syncytin 2, a gene conserved on primate evolution. Proc. Natl Acad. Sci. USA2003;100:13013-13018

Ji, Q. et al. The earliest known eutherian mammal. Nature 416, 816–822 (2002).

ResearchBlogging.org
Luo ZX, Yuan CX, Meng QJ, & Ji Q (2011). A Jurassic eutherian mammal and divergence of marsupials and placentals. Nature, 476 (7361), 442-5 PMID: 21866158

Published by tupaia on settembre 9th, 2011 tagged anatomia, Estinti!, evoluzione, Insettivori, mammiferi


23 Responses to “La placenta e’ una malattia dei marsupiali”

  1. Fausto Says:

    Che bello. Ma proprio bello. Hasta l’evolution siempre!

  2. Roberto Verolini Says:

    Stupendo… letteralmente entusiasmante…
    Cari miei creazionisti (O fautori dell’ID)…
    Serviti!!!

    VR

  3. Landolfi Says:

    Cavoli!

  4. aldo piombino Says:

    estremamente interessante! sei sempre una grande miniera di notizie!

  5. falecius Says:

    Devo dire che non appena ho sentito la notizia (da altra fonte) sono rimasto estremamente perplesso. Voglio dire, mi dà l’impressione di quel tipo di “affermazione straordinaria che richiede prove straordinarie”. Ora che leggo la tua spiegazione capisco meglio. Mi sembra di capire che i virus svolgano un ruolo anche maggiore delle mutazioni casuali nella produzione di variabilità genetica sottoposta al filtro di selezione, (un concetto che sarebbe piaciuto a Lester del Rey). Domanda: quando e come si è capito di questo retrovirus? C’è consenso scientifico su questo o è una ipotesi al condizionale?

  6. Marco.S Says:

    davvero un bel post, brava!
    questo mi va dritto nel knowledge base di argomentazioni per smontare gli anti-ogm :D
    (sai, tutte quelle preoccupazioni sulle “contaminazioni”…)

    ah, sto iniziando a cogliere un nesso logico tra “anti-ogm” e antropocentrismo + ID di derivazione religiosa… ma ancora mi manca qualche pezzo. Magari ti scrivo appena riesco a dare coerenza al tutto. ;)

    Grazie ancora per la bella lettura.

  7. tupaia Says:

    Falecius: la maggiore variabilità nei metazoi è dovuta agli elementi trasponibili ma anche i retrovirus fanno la loro parte. La teoria è comunemente accettata è vechiotota e ci sono Su decine e decine di pubblicazioni Su questo e sugli altri retrovirus. Siamo chimere che ci piaccia o no

  8. Formalina Says:

    Davvero molto stimolante, complimenti!

    …per fortuna che esiste l’evoluzione, l’ID sarebbe estremamente noioso!

  9. Okapi Says:

    Bellissimo post, complimenti da un profano del settore che ti legge quasi assiduamente!
    Hai un broken link sul bandicoot

  10. tupaia Says:

    Grazie, ho sistemato il link, ora dovrebbe funzionare

  11. Vera Says:

    della serie non tutti i mali vengono per nuocere ;)
    @ marco …anche se mi par di capire prima di rendersi utili di danni ne fanno un bel po’

  12. Leonardo Says:

    Molto interessante davvero. Puoi fornire le fonti per quanto riguarda l’immunocompatibilità tra madre e feto nei marsupiali che determina l’espulsione precoce di quest’ultimo?

    grazie

    L.

  13. fabristol Says:

    Bellissimo post! Molto interessante e non ne sapevo nulla.
    Però ho una domanda: i placentati non sono gli unici animali a partorire figli già sviluppati. Ci sono pesci e rettili che sono vivipari. In questi casi esiste na placenta e se esiste ha quindi la stessa funzione che ha nei placentati? E se si è evoluta ha avuto la stessa origine “virale” di quella dei placentati o ha origine diversa.

    grazie ;)

  14. danilo Says:

    fabristol: in attesa di Tupaia provo a risponderti io, visto che tanto non riesco a prendere sonno :-)
    Tecnicamente pesci, anfibi e rettili che partoriscono piccoli vivi sono _ovovivipari_, nel senso che producono le uova ma le mantengono nel corpo fino alla schiusa. Quindi non c’è bisogno di placenta. Poi, ovvio, ci sono un mucchio di modi di farlo. Per dire, c’è un rospo australiano che ingoia le uova e le fa schiudere nel suo stomaco, sopprimendo i succhi gastrici e smettendo di nutrirsi. E l’animale con la gestazione più lunga è la salamandra atra, che partorisce piccoli vivi anche dopo un anno e mezzo dall’accoppiamento. E c’è una rana sudamericana che incorpora le uova sulla pelle del dorso finchè si schiudono.
    Ma il concetto è sempre quello: vivipari significa che nutrono i piccoli dentro a sè finchè non sono sviluppati, ovovivipari significa che tengono le uova dentro a sè finchè si schiudono.

  15. tupaia Says:

    Ci sono vertebrati non mammiferi vivipari, comunque. L’embrione si sviluppa nel tratto genitale materno vivendo principalmente a spese del sacco vitellino ma anche usando supporto materno. C’e’ ad esempio una cecilia che produce “latte uterino” per nutrire gli embrioni dopo che hanno consumato tutto il sacco vitellino. La differenza e’ che la placenta e’ una struttura di connessione tra il sangue materno e quello dell’embrione per cui e’ come se madre e feto fossero un unico individuo, e non individui diversi di cui uno si nutre a spese dell’altro, e questo avviene solo nei placentati, e solo grazie all’intervento del virus

  16. danilo Says:

    E crea e risolve un mucchio di problemi. Voglio dire, se il sangue della madre passa nel figlio (e viceversa), e il sangue del figlio è una via di mezzo fra quello della madre e quello del padre, allora gli anticorpi della madre lo identificano come nemico, e quelli del figlio anche. Guerra all’ultimo sangue, come dire. Direi che la placenta è l’equivalente dell’ONU, solo che funziona :-)
    (Salvo che per i baschi, ma lì non funziona neanche l’ONU, quindi tutto regolare).

  17. tupaia Says:

    Nel senso che i baschi sono marsupiali? ;-P

  18. danilo Says:

    No, nel senso che i baschi hanno una percentuale del 50,4% di RH-.

  19. fabristol Says:

    “Ci sono vertebrati non mammiferi vivipari, comunque.”

    Infatti mi riferivo a certi squali vivipari e a certe specie di scinco di nuovo vivipari, non ovovivipari. Mi pare ci fosse pure una salamandra vivipara. Forse anche loro hanno sviluppato un certo tipo di placenta, convergenza evolutiva…

  20. fabristol Says:

    Infatti leggo ora questo:

    http://en.wikipedia.org/wiki/Vivipary

    sapevo anche degli ittiosauri e degli altri rettili marini estinti.

  21. tupaia Says:

    Fabristol: e cosa dice di diverso da quello che ho scritto io?

  22. fabristol Says:

    Niente, era solo per sottolineare l’obiezione a Davide. Tutto qui.
    Mi spiace, non pensavo di offendere.

  23. Leonardo Says:

    Per Danilo #14: gli squali, non tutti, hanno una vera e propria placenta, diversa dal punto di vista ontogenetico da quella degli euteri ma analoga nelle funzioni. Tra i rettili, moltissimi squamati sono vivipari e la viviparità si è evoluta indipendentemente circa un centinaio di volte nel gruppo a riprova che è un adattamento vincente in alcune condizioni e che gli squamati sono “preadattati alla transizone “ovi-vivi” (discorso simile a quello per i telesostei ciclidi e l’incubazione orale). La particolarità di una specie di scinco viviparo (Trachylepis ivensi) (non so se a questo si faceva riferimento perché ce ne sono diversi) tra gli squamati vivipari è che la nutrizione dell’embrione è in maniera preponderante placentotrofica con scarsissimo livello di tuorlo presente nelle uova prodotte (piccolissime, circa 1 mm di diametro). Inoltre, a differenza degli altri vertebrati vivipari non euteri, questa specie presenta diverse caratteristiche della placenta e della modalità di impianto che la rendono del tutto analoga a quella dei mammiferi euteri.
    Salamandra atra non ha la più lunga gestazione nota ma ha uno tra i più lunghi periodi di conservazione dello sperma (sperm storage), che è cosa ben diversa.
    Per Tupaia #15: mi sai dire che differenza c’è tra la placenta di uno squalo, quella di uno scinco e quella dei mammiferi euteri a livello funzionale? perché mai negli euteri placentati (credo ti riferisca a quelli perché parli del virus) feto e madre sono un solo organismo mentre in uno scinco uno dei due si nutre a spese dell’altro?

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