Il segreto dietro l’anatomia dei serpenti

I serpenti sono animali affascinanti, hanno colori, strategie di caccia e comportamenti interessantissimi di cui parlare. Spesso nei documentari ci si focalizza sul loro veleno, sulle tossine che iniettano e sul loro effetto nel corpo di un mammifero. Oggi però vorrei soffermarmi su qualcosa di diverso.

Vi siete mai chiesti come fanno i serpenti ad essere così lunghi?

Ok, può suonare strana come domanda, ma da dove viene fuori quel loro corpo lunghissimo? E’ il collo che è sproporzionato, il torso o la coda?

Tante, troppe vertebre

Quando si studia l’anatomia di un animale, spesso, si ricorre allora biologia evolutiva dello sviluppo. Il focus di questa branca della biologia è principalmente lo sviluppo embrionale ed i geni attivi durante questa fase di formazione dell’organismo. Facendo ciò, un gruppo di ricerca portoghese ha individuato una serie di geni importantissimi per determinare la lunghezza di un organismo.

In natura osserviamo che, per ottenere un corpo allungato, animali come le giraffe incrementano le dimensioni delle vertebre cervicali. Negli uccelli, invece, le vertebre cervicali rimangono piccole, ma il loro numero aumenta. Nel caso dei serpenti la questione è diversa: la lunghezza è dovuta ad un incremento nel numero delle vertebre toraciche.

Come facciamo a sapere che sono vertebre toraciche e non cervicali?

Facile: le vertebre toraciche si articolano con le corrispondenti costole. Se in un uomo ce ne sono 12, un serpente ne ha molte di più (il numero varia a seconda della specie, ma parliamo anche di diverse centinaia!). Le costole, nei serpenti, non si fondono nello sterno, ma sono libere di muoversi così da potersi dilatare quando viene ingerita una preda. Il numero delle vertebre rimane lo stesso per tutta la vita del serpente, ma come succede anche per noi, tali ossa si accrescono di dimensione con l’età. Pensate al femore di un neonato e a quello di un adulto. Ecco, ora immaginate a una vertebra che, con l’avanzare dell’età, si ingrossa di un centimetro: se ce ne sono 200, il serpente si allunga di ben due metri!

I geni, sempre loro…

Responsabile di questo numero indecente di vertebre è una famiglia importantissima di geni, i cosiddetti Hox genes. Tali geni sono responsabili dello sviluppo dei segmenti del corpo degli animali (la testa, il torso e la coda), della differenziazione delle vertebre e della posizione e sviluppo delle appendici. Mutazioni a carico di questi geni fanno sí che gli embrioni di serpente, a differenza di quelli di altri rettili, continuino a produrre vertebre toraciche una dopo l’altra.

Uno di questi geni, Oct4, è stato isolato e risulta essere simile ad un gene dei topi che, se mutato, determina embrioni di topo con un torso più lungo e arti più corti. Si ritiene che questo gene controlli l’espressione di molti altri e che nel processo evolutivo dei serpenti la selezione abbia conservato mutazioni a carico di Oct4 o altri geni simili, che hanno portato a grosse modifiche anatomiche su tutto il corpo. Continuando la ricerca su questo tipo di geni si spera, inoltre, di capire meglio il fenomeno secondo cui alcuni serpenti rigenerino la propria coda, le cui basi genetiche non sono ancora del tutto chiare.

Bonus Track: i serpenti costrittori e il soffocamento

Nella vita si hanno ben poche certezze. Io, in particolare, ne avevo due: la prima è che per fare evolvere Pikachu serviva la pietra tuono, la seconda è che i boa uccidono le loro prede per soffocamento.

Se le attuali conoscenze scientifiche non sono state capaci di smontare la prima, una ricerca relativamente recente ha dimostrato la falsità della seconda!

Già nel 1994, alcuni erpetologi avevano notato delle incongruenze con la teoria secondo cui i serpenti costrittori uccidessero per soffocamento. In particolare, ciò che non tornava erano i tempi. Una morte per soffocamento è relativamente lenta, mentre ciò che viene osservato nella realtà è che talvolta bastavano pochi secondi nella mortale stretta di un serpente per uccidere la preda.

La questione è rimasta in sospeso per vent’anni ma finalmente grazie a questo studio ci stiamo capendo qualcosa in più! L’impianto sperimentale utilizzato è stato abbastanza semplice:

Ingredienti:

– un Boa constrictor;
– topolini (Rattus rattus) con alcuni sensori che ne monitorano il battito cardiaco e la pressione sanguigna.

Svolgimento:

mettere i due ingredienti in una teca e aspettare.

I dati raccolti dai ricercatori sono impressionanti: entro 6 secondi dalla costrizione la pressione arteriosa periferica a livello dell’arteria femorale si dimezzava mentre la pressione venosa centrale aumentava di 6 volte. In soldoni, quello che sta succedendo è che il cuore non riesce a pompare sangue ossigenato a causa della forte pressione venosa e il flusso sanguigno viene compromesso. Questa situazione può indurre uno stato di incoscienza e può portare ad un arresto cardiaco. Dagli elettrocardiogrammi eseguiti risulta che il cuore dei ratti subiva un’importante riduzione della frequenza cardiaca (bradicardia) di circa il 50% in 60 secondi. Nello studio, le costrizioni avevano una durata media di 6,5 ​​± 1 min, alla fine di essa, se l’animale era ancora vivo, la pressione arteriosa periferica scendeva di 2,9 volte, la frequenza cardiaca di 3,9 volte e il 91% dei ratti (10 di 11 ) presentava forti aritmie cardiache.

Ma non finisce qui! Dalle analisi del sangue prelevato dalle prede immediatamente dopo la costrizione, si è notata una condizione di iperkaliemia, ossia i livelli di potassio erano quasi raddoppiati rispetto ai livelli basali. Questo rilascio di potassio è l’effetto fisiologico della costrizione che però non ha effetto subito sulla preda, poiché il flusso sanguigno è quasi del tutto bloccato. Qualora la preda riuscisse a liberarsi e il flusso sanguigno tornasse normale, l’iperkaliemia causerebbe delle forti aritmie che potrebbero rivelarsi fatali.

Conclusione

Riassumendo, l’enorme pressione esercitata dal serpente interrompe la circolazione sanguigna, e quindi l’apporto di ossigeno, necessario agli organi vitali come il cuore e il cervello. La perdita di coscienza della preda potrebbe avvenire in una manciata di secondi mentre l’arresto cardiaco in pochi minuti. Il livelli di potassio nel sangue si alzano vertiginosamente. Tale disfunzione però non contribuisce direttamente alla morte della preda, perché essendo la circolazione bloccata non sortisce alcun effetto. Se la preda dovesse scappare, allora i livelli di potassio potrebbero finire il lavoro.

Insomma, non c’è scampo.