La vita segreta dei denti: il modello dello sviluppo dei denti

La vita segreta dei denti: il modello dello sviluppo dei denti

Nel mondo dei mammiferi i denti sono presenti in tutti i tipi di forme e dimensioni. La loro particolare dimensione e forma sono il processo di milioni di anni di perfezionamento evolutivo per produrre denti in grado di masticare in modo efficace gli alimenti nella dieta di un animale.

Di conseguenza i mammiferi che sono strettamente correlati e hanno una dieta simile tendono ad avere denti che sembrano abbastanza simili.

Tuttavia una nuova ricerca suggerisce che tali somiglianze possono essere solo “superficiali”.

La forma e la configurazione del molare

I denti nella parte posteriore delle nostre bocche – i molari – hanno una serie di dossi, creste e scanalature sulla superficie di masticazione. Questo complesso paesaggio dentale è il prodotto della disposizione spaziale delle cuspidi, che sono rilievi superficiali conici che schiacciano il cibo prima di deglutire.

Quanti cuspidi ci sono, come sono posizionati e quali dimensioni e forma assumono determina la forma o la configurazione complessiva del nostro molare.

Lo sviluppo dei molari nel corso della storia

Nel corso dell’evoluzione degli ominidi, i molari sono cambiati marcatamente nella loro configurazione, con alcuni gruppi che sviluppano cuspidi più grandi e altri molari in evoluzione con una batteria di piccole cuspidi in più.

Il tracciamento di questi cambiamenti ha prodotto potenti intuizioni sulla nostra comprensione della storia moderna della popolazione umana. Ci ha persino permesso di identificare nuove specie di ominidi fossili, a volte dai resti di denti frammentari, e di ricostruire quali specie sono più strettamente correlate a chi. Tuttavia non è chiaro con esattezza come alcune popolazioni di umani moderni, e alcune specie di ominidi fossili, hanno evoluto molari complessi con molte cuspidi di varie dimensioni, mentre altri hanno evoluto configurazioni molari più semplici.

 

In uno studio pubblicato su Science Advances, un team internazionale di ricercatori dell’Istituto di origini umane e scuola di evoluzione umana e cambiamento sociale della Arizona State University, della New York University, dell’Università del Kent e del Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology ha scoperto che una regola di sviluppo semplice e diretta – la “patterning cascade” – è abbastanza potente da spiegare la grande variabilità nella configurazione della corona molare negli ultimi 15 milioni di anni di scimmia e evoluzione umana.

La spiegazione dei cambiamenti, lo studio ed i risultati

“Invece di evocare scenari ampi e complicati per spiegare i maggiori spostamenti dell’evoluzione dei molari durante il corso delle origini degli ominidi, abbiamo scoperto che semplici modifiche e alterazioni a questa regola di sviluppo possono spiegare la maggior parte di questi cambiamenti“, afferma Alejandra Ortiz, ricercatore postdottorato presso l’Institute of Human Origins della Arizona State University e autore principale dello studio.

Nell’ultimo decennio, la comprensione da parte dei ricercatori dello sviluppo della cuspide molare è aumentata di cento volte. Ora sanno che la formazione di queste cuspidi è governata da un processo molecolare che inizia in una fase embrionale precoce. Basato sul lavoro sperimentale sui topi, il modello “a cascata” prevede che la configurazione molare sia determinata principalmente dalla distribuzione spaziale e temporale di un insieme di cellule di segnalazione.

Il gruppo delle cellule di segnalazione (e le loro cuspidi risultanti) che si sviluppano prima influenzano fortemente l’espressione delle cuspidi che si sviluppano in seguito. Questo effetto a cascata può favorire un aumento delle dimensioni e del numero di cuspidi aggiuntive o limitare il loro sviluppo a produrre cuspidi più piccoli e meno numerosi.

E per l’uomo?

Non era noto se questo tipo di semplice fenomeno potesse spiegare la vasta gamma di configurazioni molari presenti tra scimmia e discendenza umana.

Utilizzando la moderna tomografia micro-computerizzata e la tecnologia di imaging digitale applicata a centinaia di molari fossili e recenti, Ortiz e colleghi hanno creato mappe virtuali del paesaggio dentale di denti in via di sviluppo per tracciare la posizione precisa delle cellule di segnalazione embrionali da cui molare sviluppare cuspidi. Per la grande sorpresa del team di ricerca, le predizioni del modello sono state confermate, non solo per gli esseri umani moderni, ma per oltre 17 specie di scimmie e ominidi sparse in milioni di anni di evoluzione e diversificazione dei primati superiori.

Le conclusioni e le considerazioni finali

“Non solo il modello funziona per spiegare le differenze nel design molare di base, ma è anche abbastanza potente da prevedere con precisione la gamma di varianti in termini di dimensioni, forma e presenza di cuspidi, dal più sottile al più estremo, per la maggior parte delle scimmie, fossili ominidi e moderni umani “, afferma Ortiz.

Questi risultati si inseriscono in un crescente corpo di lavoro all’interno di biologia dello sviluppo evolutivo che spiega che regole molto semplici sono responsabili per la generazione della miriade complessità delle caratteristiche dentali trovati all’interno dei denti dei mammiferi.

“Il risultato più entusiasmante è stato il modo in cui i nostri risultati si adattano a una visione emergente che l’evoluzione dell’anatomia complessa procede con piccoli e sottili aggiustamenti piuttosto che a grandi balzi”, dice Gary Schwartz, un paleoantropologo dell’ASU Institute of Human Origins e uno studio coautore.

Lo studio fa parte di un cambiamento nella nostra comprensione di come la selezione naturale possa facilmente e rapidamente generare una nuova anatomia adatta a una particolare funzione.

“Che tutte queste informazioni precise e dettagliate siano contenute nel profondo dei denti,  anche in quelle dei nostri parenti fossili estinti da lungo tempo, è semplicemente notevole” continua Schwartz.

“La nostra ricerca, dimostrando che una singola regola di sviluppo può spiegare l’infinita variazione osservata attraverso i mammiferi, spiega anche che dobbiamo stare attenti a dedurre le relazioni di specie estinte sulla base di forme condivise”, ha detto Shara Bailey, coautore e paleoantropologo della New York University.

Sta diventando sempre più chiaro che le somiglianze nella forma dei denti non possono necessariamente indicare una recente ascendenza condivisa”, conclude Bailey.

Fonti:
https://asunow.asu.edu/20180411-secret-life-teeth-evo-devo-models-tooth-development
http://advances.sciencemag.org/content/4/4/eaar2334