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Cheratina e melanosomi conservati in un uccello fossile di 130 milioni di anni

Scritto da Leonardo Debbia il 24.12.2016

Una nuova ricerca, condotta dalla North Carolina State University (NCSU) in collaborazione con l’Accademia Cinese delle Scienze e dalla cinese Linyi University, ha identificato tracce di cheratina originale e di melanosomi in un esemplare di Eoconfuciusornis di 130 milioni di anni fa.

I risultati dello studio consistono sia nell’allungamento dell’arco temporale in cui le molecole originali possono essersi conservate che nella capacità di analizzare le antiche microstrutture dei fossili.

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Eoconfuciusornis (credit: Dr Wang Xiaoli)

 

Eoconfuciusornis è un genere che comprende uccelli primitivi che vivevano 130 milioni di anni fa nella regione asiatica attualmente occupata dalla Cina. Si tratta dei primi uccelli caratterizzati da un becco corneo e privo di denti; un becco simile a quello degli uccelli attuali.

Studi precedenti sostenevano che le piume di questi e di altri uccelli, nonchè dei dinosauri, erano provvisti di piccole strutture circolari, interpretate come ‘melanosomi’, ovvero gli organelli deputati alla sintesi ed all’accumulo di melanina che, migrando all’interno dei cheratinociti insieme ad altri pigmenti, concorrevano a conferire il colore alle piume.

Tuttavia, in assenza di prove, non era possibile dimostrare che queste strutture non fossero sostanzialmente soltanto microbi che avevano rivestito le penne durante la decomposizione e la fossilizzazione.

Yanhong Pan, ricercatore dell’Accademia Cinese delle Scienze e autore di un articolo sulla ricerca, assieme a Mary Schweitzer, biologa della NC State, hanno esaminato le piume di un esemplare di Eoconfuciusornis proveniente dal sito Jehol Biota, nel nord della Cina, conosciuto per l’eccellente conservazione dei fossili.

“Se queste microstrutture fossero effettivamente dei melanosomi, dovrebbero essere incorporati in una matrice cheratinica, dal momento che le piume contengono beta-cheratina”, afferma la Schweitzer. “Se non siamo riusciti a trovare cheratina, queste strutture potrebbero quindi essere solo dei microbi oppure un mix di microbi e melanosomi. Tuttavia, in entrambi i casi, le gradazioni di colore delle piume dei dinosauri non risulterebbero però tanto accurate”.

Per ottenere dettagli microscopici della superficie della piuma e della sua struttura interna, i due studiosi hanno allora utilizzato tecniche più sofisticate: la microscopia elettronica a scansione e la microscopia elettronica a trasmissione.

Non ancora del tutto soddisfatti, si sono serviti poi anche della microscopia elettronica immunogold, una tecnica che utilizza particelle d’oro attaccate ad anticorpi che si legano a particolari proteine, al fine di renderle visibili al microscopio elettronico.

Tutte queste tecniche sono state applicate per dimostrare che i filamenti all’interno delle piume erano costituiti, di fatto, proprio da cheratina.

Come tocco finale, sono stati cercati sulle penne rame e zolfo ad alta risoluzione. Lo zolfo ampiamente distribuito riflette la sua presenza nelle due molecole di cheratina e di melanina delle piume attuali. Invece il rame, che si trova solo nei melanosomi moderni e non fa parte della cheratina, è stato osservato solo nei melanosomi fossili.

Questi risultati testimoniano entrambi l’individuazione di melanosomi, indicando anche che non si era verificata nessuna miscelazione o lisciviazione durante la decomposizione e la fossilizzazione.

“Questo studio è il primo a dimostrare la prova della presenza di cheratina e di melanosomi, usando metodi strutturali, chimici e molecolari”, dice Pan. “Questi metodi hanno il potere di aiutarci a capire come e perché le piume, a livello molecolare, siano andate avanti su queste linee evolutive”.

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