Come si formano le striscie nel pesce zebra? Alcuni ricercatori di Bath lo hanno scoperto

La livrea di molti animali,  le strisce, i puntini ed i diversi disegni, sono una fonte di fascino infinito, servono a farsi riconoscere come pericolosi dai predatori (colorazioni aposematiche) ad attirare la femmina oppure ad incutere timore. Ora i ricercatori dell’Università di Bath hanno sviluppato un solido modello matematico per spiegare come una specie come il pesce zebra, sviluppa le sue strisce e, anche se sembra lontano da noi il piccolo pesciolino ha tante similitudini con l’essere umano

Nel regno animale, la disposizione delle cellule del pigmento della pelle inizia durante la fase embrionale dello sviluppo, questo suscita l’interesse negli scienziati e in particolare nei biologi dello sviluppo e nei matematici.

Il pesce zebra è prezioso per lo studio delle malattie umane, per esempio degli occhi.

Questi umili pesciolini d’acqua dolce sembrano avere poco in comune con i mammiferi, ma in realtà mostrano molte somiglianze genetiche con la nostra specie vantano un elenco simile di caratteristiche fisiche (inclusa la maggior parte degli organi principali).

Studiare il loro aspetto sorprendente può, nel tempo, essere rilevante per la medicina, poiché la formazione di pattern è un’importante caratteristica generale dello sviluppo degli organi. 

Una migliore comprensione della formazione del pigmento potrebbe darci informazioni sulle malattie causate da interruzioni delle disposizioni cellulari all’interno degli organi.

Il nuovo modello matematico ideato a Bath apre la strada a ulteriori esplorazioni sui sistemi di modellamento dei pigmenti e sulla loro somiglianza tra le diverse specie.

La pigmentazione nel pesce zebra è un esempio di come le cellule in questo caso che agiscono tutti secondo le proprie regole locali, possono auto-organizzarsi per formare un modello ordinato su una scala molto più ampia di quanto ci si potrebbe aspettare.

Il dott. Kit Yates, il matematico di Bath che ha guidato lo studio, ha dichiarato: “È affascinante pensare che queste diverse cellule di pigmento, che agiscono tutte senza un controllo centralizzato coordinato, possano produrre in modo affidabile i motivi a strisce che vediamo nel pesce zebra. La nostra modellazione evidenzia le regole locali che queste celle usano per interagire tra loro al fine di generare questi schemi in modo robusto. “

“Perché è importante per noi trovare un modello matematico corretto per spiegare le strisce sul pesce zebra?” chiede il professor Robert Kelsh, coautore dello studio. “In parte, perché i modelli di pigmenti sono interessanti e belli di per sé. Ma anche perché queste strisce sono un esempio di un processo di sviluppo chiave. Se possiamo capire cosa sta succedendo nello sviluppo di modelli di un embrione di pesce, potremmo essere in grado di ottenere una visione più approfondita della complessa coreografia delle cellule all’interno degli embrioni in generale “.

Le strisce di un pesce zebra adulto di tipo “selvaggio” sono formate da cellule contenenti pigmenti chiamate cromatofori.

Esistono tre diversi tipi di cromotofori nel pesce e, man mano che l’animale si sviluppa, queste cellule del pigmento si spostano sulla superficie dell’animale, interagendo tra loro e auto-organizzandosi nel modello a strisce dal quale il pesce prende il nome. 

Occasionalmente compaiono mutazioni, che cambiano il modo in cui le cellule interagiscono tra loro durante lo sviluppo del modello con conseguente marcature labirintiche chiazzate, leopardate o labirintiche.

Per testare le teorie biologiche, il team di Bath ha sviluppato un modello matematico che incorpora i diversi tipi di cellule e tutte le loro interazioni note. Il modello ha avuto successo, prevedendo lo sviluppo di modelli sia di pesci selvatici che di pesci mutanti.

I matematici hanno cercato di spiegare come si formano le strisce di pesce zebra per molti anni.

Jennifer Owen, la scienziata responsabile della costruzione e dell’esecuzione del modello, ha dichiarato: “Uno dei vantaggi del nostro modello è che, a causa della sua complessità, può aiutare a prevedere i difetti dello sviluppo di alcuni mutanti meno conosciuti. Ad esempio, il nostro modello può aiutano a prevedere le interazioni cellula-cellula difettose nei mutanti come il leopardo, che mostra macchie “.

Fonte: Eurekalert.