Non-systemic metamorphosis: millipede gonopods as a model system – Università degli Studi di Padova

Nel silenzio del suolo, un millipede cambia solo due zampe, trasformandole in strumenti di vita. Una metamorfosi nascosta, precisa, sorprendentemente elegante

Il progetto indaga un caso particolare di metamorfosi negli artropodi: la metamorfosi non sistemica, un cambiamento post-embrionale che coinvolge solo appendici specifiche invece dell’intero organismo.

Il modello scelto sono i millipedi juliformi, in cui uno o due paia di zampe locomotorie dei maschi subiscono una trasformazione improvvisa e altamente specializzata, diventando gonopodi funzionali alla riproduzione.

I millipedi si sviluppano per anamorfosi: il giovane esemplare nasce con pochi segmenti e cresce attraverso mute successive che aggiungono nuovi anelli corporei. In Blaniulus guttulatus, oggetto di studio del progetto, le zampe dell’ottavo e nono paio sono inizialmente identiche alle altre ma si trasformano, solo nei maschi, in appendici sessuali durante la maturazione.

La ricerca mira a descrivere i meccanismi cellulari, genetici e morfofunzionali responsabili di questa metamorfosi localizzata, con particolare attenzione al ruolo del sistema nervoso, dei tessuti integumentali e del gene Hox Abdominal-B, tipico marcatore delle strutture genitali negli artropodi.

Obiettivi della ricerca

Il progetto si concentra sulla metamorfosi delle appendici dell’ottavo e nono paio, appartenenti al settimo anello del corpo. In B. guttulatus questo segmento è presente già allo stadio di schiusa, anche se le appendici compaiono solo con la muta allo stadio III; fino allo stadio V queste strutture sono identiche in entrambi i sessi, poi iniziano a differenziarsi nei maschi fino a diventare gonopodi adulti.

Gli obiettivi principali includono:

• descrivere le relazioni anatomiche tra tegumento, muscolatura e sistema nervoso durante e dopo la metamorfosi;
• verificare la presenza di apoptosi o processi proliferativi, confrontandoli con quelli osservati nei dischi imaginali degli insetti;
• analizzare l’espressione post-embrionale del gene Abdominal-B come marcatore posizionale;
• studiare la riprogammazione del controllo locomotorio delle appendici, valutando gli effetti funzionali della metamorfosi.

Il progetto si sviluppa nell’arco di 24 mesi e prende parte alle più recenti discussioni della biologia evolutiva dello sviluppo, portando un modello non tradizionale in un campo dominato da pochi organismi di riferimento.

Contesto scientifico

La biologia evolutiva dello sviluppo (evo-devo) ha mostrato che concetti considerati stabili per decenni — come omologia, segmento o metamorfosi — celano un livello di complessità molto superiore a quanto ipotizzato. La metamorfosi, in particolare, è stata a lungo interpretata come un cambiamento sistemico, tipico degli insetti olometaboli, nei quali tutto il corpo attraversa una trasformazione coordinata.

Negli artropodi esistono però esempi di metamorfosi regionalizzate, come nelle cicale o nelle libellule, dove alcuni apparati subiscono modifiche radicali mentre il resto dell’organismo rimane conservato. Nei millipedi juliformi tale fenomeno è ancora più marcato: solo poche appendici, inizialmente identiche a tutte le altre, cambiano improvvisamente funzione e struttura.

I gonopodi, spesso estremamente modificati, rappresentano un caso di studio unico anche per fenomeni aggiuntivi come la periodomorfosi, in cui le appendici sessuali possono regredire e poi riformarsi in mute successive in risposta a fattori ambientali.

La letteratura classica ha descritto ampiamente lo sviluppo post-embrionale dei millipedi, ma le basi genetiche e cellulari della metamorfosi dei gonopodi restano in gran parte inesplorate. Il progetto colma questa lacuna con un approccio integrato tra morfologia, genetica dello sviluppo e neurobiologia.