Stadi successivi d'incubazione della gemma d'ala di pollo: dopo quat-tro, cinque e sei giorni (in alto), sette e otto giorni (al centro), e diecigiorni (in basso). Le strutture cartilaginee si possono riconoscere facil-

mente in un preparato colorato di questa parte dell'embrione: assumo-no, infatti, un colorante specifico. Le fotografie qui riprodotte sonostate scattate da D. Summerbell e da J. Smith nel laboratorio dell'autore.

C

ome avviene che una singola cellu-la, un uovo fecondato, si sviluppiin un intricato sistema di tipi cel-

lulari diversi e molteplici, organizzati se-condo schemi prevedibili a formare unparticolare genere di animale adulto? Lamaggior parte degli sforzi compiuti perrispondere a questa domanda fondamentale della biologia dello sviluppo si con-centrano sul modo in cui le cellule del-l'uovo durante la segmentazione si diver-sificano l'una dall'altra, dando così origi-ne ai differenti tipi cellulari che vannodalle cellule delle cartilagini e dei muscolialle cellule nervose e a quelle del sangue,tutte presenti nell'animale adulto. Essen-do ogni tipo cellulare caratterizzato dallapresenza di particolari proteine ed essen-do in genere accettato il principio secon-do cui l'informazione genetica è la stessain ogni cellula e rimane immodificatadurante lo sviluppo, l'attenzione è statarivolta in buona parte a cercar di capirecome, in differenti tipi cellulari, venganoregolati, o attivati e disattivati, i geni checodificano per particolari proteine.

Tuttavia, il differenziamento cellulareè soltanto un aspetto dello sviluppo. Levarie forme che caratterizzano l'animaleadulto emergono in gran parte da un pro-cesso alquanto diverso: il formarsi di unaconfigurazione. Si considerino l'arto an-teriore e quello posteriore. Ambeduecontengono gli stessi tipi di cellule diffe-renziate: muscolari, cartilaginee, del tes-suto connettivo, cutanee. Ma l'organizza-zione spaziale di queste è diversa nei duecasi. Proprio quest'organizzazione è l'es-senza del formarsi di una configurazione.L'istologo riconosce, nel corpo umano,qualcosa come duecento tipi cellulari, chesono esattamente gli stessi nello scimpan-zé. La differenza tra l'uomo e lo scimpan-zé sta appunto nell'organizzazione spazia-le di tali cellule. Nei vertebrati (pesci, an-fibi, rettili, uccelli e mammiferi), si notaqualche variazione a livello dei tipi cellu-lari, ma la chiave che spiega la diversaorganizzazione di tutte queste forme sta

non nelle .cellule come tali, bensì nelmodo in cui queste Unità costruttive fon-damentali si dispongono nello spazio du-rante lo sviluppo. Per mettere in rilievoquesto punto, si può dire che il sapereesattamente in che modo si differenzianola cartilagine, il muscolo e il tendine diceben poco sul modo in cui si modellano lecinque dita dell'arto inferiore.

Un modo per pensare alla formazionedi modelli è quello di ricorrere all'analo-gia con la bandiera francese. Si consideriuna fila di cellule, ognuna delle quali sipuò differenziare in una cellula blu, rossao bianca (si vedano le .figure a pagina 98).

Queste cellule tutte in fila come po-trebbero organizzarsi in modo che ne ri-sulti la bandiera francese per un terzo blu,per un terzo bianca e per un terzo rossa?Esiste un certo numero di possibili solu-zioni al problema, ma quella più sempliceè che le cellule riescano a «conoscere» laloro posizione rispetto alle estremità dellalinea e a programmarsi in modo da diffe-renziarsi in maniera appropriata sullabase di una simile nozione riguardante laloro posizione. Se una cellula si trova nelterzo a destra della linea, si differenzieràin una cellula rossa; se nel terzo centralein una cellula bianca; se nel terzo a sini-stra in una cellula blu. Un meccanismo diquesto genere per la formazione di strut-ture si può considerare come un processoin due tempi: in primo luogo viene dataalle cellule un'informazione circa la loroposizione; in secondo luogo esse interpre-tano quest'informazione in base al loroproprio programma genetico.

Questo meccanismo concettualmentesemplice ha alcuni aspetti interessanti.L'unica comunicazione necessaria tra lecellule consiste in un messaggio che speci-fichi l'informazione di posizione e chepuò essere semplice. In aggiunta a questo,le stesse interazioni e l'informazione rela-tiva alla posizione possono dare origine auna varietà di tipi, in funzione del partico-lare programma di sviluppo in base alquale l'informazione suddetta viene in-

terpretata. Per esempio, la bandiera sta-tunitense consiste degli stessi colori diquella francese. Se le due bandiere si «svi-luppassero» in base all'informazione diposizione, specificata dallo stesso sistemabidimensionale di coordinate, un innestodi un frammento di una bandiera, pratica-to nell'altra bandiera, dovrebbe compor-tarsi secondo la propria posizione e ilproprio programma genetico. Un piccoloframmento di bandiera statunitense nonancora «differenziata», innestato nell'an-golo superiore sinistro della bandierafrancese dovrebbe dar luogo a stelle bian-che in campo blu; se l'innesto avviene,invece, vicino all'angolo inferiore destro,si dovrebbe avere delle strisce orizzontalirosse e bianche.

Vi sono valide prove che nei sistemibiologici si verifichi questo tipo di svilup-po. Con i suoi collaboratori, Curt Sterndell'Università della California a Berke-ley, realizzando mosaici genetici, ha otte-nuto proprio innesti di questo tipo. Nelmoscerino della frutta (Drosophila), unamutazione a carico di un unico gene dàorigine a una forma mutante, detta arista-pedia, la quale presenta una zampa lad-dove dovrebbe esserci un'antenna. Me-diante manipolazione genetica, si posso-no ottenere nella regione dell'antenna siacellule di tipo selvatico, normali, sia cellu-le aristapedia. Tali cellule si comportanosecondo la loro posizione e i loro pro-grammi genetici, che si diversificano. Sequelle alla sommità dell'antenna sono ditipo selvatico, formeranno le strutturenormali di questa parte, ma se portano ilgene aristapedia formeranno le strutturetipiche della zampa, ma non strutturequalsiasi di questa parte del corpo, bensìquelle corrispondenti alla sommità. Tuttoquesto fa pensare che l'informazione cir-ca la posizione (a che distanza dalla som-mità?) sia la stessa nell'antenna e nellazampa: l'interpretazione è diversa. Unavarietà di altri mutanti per quanto riguar-da lo schema di sviluppo si comporta inmaniera analoga nei mosaici, in quanto le

Lo sviluppo delle formenegli embrioni

Nell'embrione di molti organismi le cellule che si differenziano siorganizzano nello spazio cominciando con lo stabilire dove si trovanoe interpretando poi l'informazione in base al loro programma genetico

di Lewis Wolpert

96 97

ANTENNA

UNGHIE

5---

SEGMENTIDEL TARSO

COXA

TROCANTERE

TIBIA

ZAMPA:

~mar

SCOLMATORE

Questo mosaico genetico, che combina le cellule del normale moscerino della frutta (Drosophilamelanogaster) con quelle del mutante aristapedia, in cui si forma una zampa al posto di un'anten-na, si sviluppa come nell'analogia della bandiera. Le cellule si comportano in conformità alla loroposizione e al loro programma genetico. Quelle mutanti, localizzate alla base dell'antenna che sista sviluppando, formano strutture basali della zampa, mentre quelle che sono situate in prossimi-tà della sommità dell'antenna formano unghie o segmenti tarsali. Le frecce indicano le regionidella zampa e dell'antenna, che mostrano di avere valori di posizione simili. Questo disegno è statoricavato dal lavoro di A. Schneiderman e J. Postlethwait dell'Università della California a In ine.

RIF 111•11.1111SORGENTE

a

CELLULE

L'analogia della bandiera mostra come una fila di cellule (in alto), in grado di differenziarsi incellule blu, bianche o rosse si possa organizzare per formare la bandiera francese. L'informazionedi posizione è fornita in questo caso da un gradiente di un morfogeno diffusibile e le cellule hannosoglie appropriate. Una sorgente mantiene la concentrazione del gradiente fissa in a, a unestremo, mentre uno scolmatore, all'altro estremo, mantiene la concentrazione sul valore di a". Lesoglie sono proprietà delle cellule, che permettono l'interpretazione del gradiente nell'informa-zione di posizione. Per esempio, al disopra della concentrazione TB , una cellula diN enta blu.

Un frammento di bandiera innestato in un'altra bandiera si sviluppa in base alla sua posizione e alsuo «programma genetico». Materiale non differenziato della bandiera statunitense, innestatonell'angolo superiore sinistro di quella francese, sviluppandosi dà origine a stelle; analogamente,un frammento di bandiera francese innestato nella statunitense si sviluppa in base al proprioprogramma genetico che, presso l'angolo a destra in basso, specifica strisce verticali bianche e rosse.

cellule si sviluppano in base alla loro posi-zione e alla loro costituzione genetica.Una eventualità stimolante è, dunque,che l'informazione riguardante la posi-zione possa essere universale.

'idea che la posizione determini il modoin cui si svilupperanno le cellule fu

affermata in maniera esplicita alla fine delXIX secolo da Hans A. E. Driesch ed erasottintesa nelle teorie dei gradienti relati-vi alla morfogenesi sostenute negli anniventi da C. M. Child dell'Università diChicago. Il pensare alla formazione dischemi di sviluppo in termini di informa-zione sulla posizione permette di analiz-zare questo aspetto dello sviluppo in ma-niera rigorosa e costringe a pensare aimeccanismi grazie ai quali la posizioneviene specificata. Lo specificare la posi-zione implica un sistema di coordinate equesto, a sua volta, necessita di una spe-ciale «regione limite», in riferimento allaquale si misura la posizione; la polarità,che determina la direzione in cui si misurala posizione, e una qualche unità di misu-ra riferita a quest'ultima. Un approccioche si basi sull'informazione relativa allaposizione rende ancora più concreto ilvecchio concetto di campi embrionali, al-l'interno dei quali lo sviluppo procede eviene regolato: questi campi possono oggiessere visti come particolar, sistemi dicoordinate. E se la posizione viene speci-ficata da un sistema di coordinate, alloral'informazione sulla posizione può risul-tare simile in organismi anche molto di-versi tra loro.

Come potrebbe essere specificata laposizione? Ciò potrebbe avvenire per lostabilirsi di un gradiente: qualche pro-prietà potrebbe diminuire ininterrotta-mente con il crescere della distanza dauna regione limite, o di riferimento, all'in-terno di un campo di posizioni. Una carat-teristica dei campi di posizione è il fattoche le loro dimensioni sono sempre limi-tate; un'altra è che il tempo necessarioper stabilirli è lungo: tutti i campi di posi-zione noti hanno una lunghezza inferiorealle 100 cellule (all'incirca I mm) e di soli-to sono anzi molto più piccoli. Il temponecessario perché si stabiliscano è del-l'ordine di ore. Notando questi fatti, nel1970 Francis H. C. Crick ha messo inrilievo che un mezzo plausibile per speci-ficare la posizione sarebbe la diffusioneattaverso il campo di un «morfogeno»,cioè di una sostanza la cui concentrazionepotrebbe essere avvertita dalle singolecellule. Dati una sorgente di una concen-trazione fissa del morfogeno a un'estre-mità del campo e uno scolmatore all'altraestremità, si potrebbe costruire attraver-so il campo un gradiente lineare. AlfredGierer e Hans Meinhardt del Max PlanckInstitut per le ricerche sui virus di Tiibin-gen hanno tuttavia dimostrato, in seguito,come si possa stabilire un gradiente didiffusione anche senza una fonte o unoscolmatore localizzato (si veda l'articoloL'idra: un modello per lo sviluppo delleforme biologiche di Alfred Gierer, in «LeScienze» n. 80, aprile 1975).

Comunque possa essere stabilito un

simile gradiente, esso può venir interpre-tato dalle cellule se il programma geneti-co di queste ultime è specificato in terminidi soglie, cioè se al di sopra d: una certaconcentrazione le cellule si differenzianoin un certo tipo e al di sotto in un altrotipo. Nel mio laboratorio alla MiddlesexHospital Medical School di Londra, Ju-lian Lewis, Jonathan Slack e io stesso ab-biamo trovato che dovrebbe essere possi-bile specificare qualcosa come 30 diversistati cellulari lungo una linea di circa 100cellule. Il fattore che limita la precisionecon cui quest'operazione può esserecompi . ita è l'accuratezza con cui si posso-no stabilire per le singole cellule dellesoglie, il che dipende a sua volta dallaprecisione con cui le cellule possono con-trollare dentro di loro la concentrazionedelle molecole. Non è nota questa pro-prietà cellulare piuttosto fondamentale,ma supporre un'accuratezza con un erro-re del 20 per cento sembra ragionevole.Una parte della variabilità caratteristicadei processi di sviluppo (e di altri processicellulari) deve derivare da questa variabi-lità intrinseca.

Dennis Summerbell, Lewis e io stessoabbiamo proposto un altro modello, spe-cificatamente per i sistemi durante la cre-scita, in cui le cellule misurano la distanza,calcolando il tempo che trascorrono inuna particolare regione che chiamiamo«zona di avanzamento». Poiché tali cellu-le si dividono e la larghezza della zonarimane costante, esse sono sempre sulpunto di abbandonarla, essendo anzi la-sciate indietro a mano a mano che la zonaprogredisce. Le cellule che ne escono perprime si trovano all'inizio della linea (lafila di cellule come è stata intesa nell'ana-logia della bandiera), mentre le ultimesono quelle che si trovano alla fine dellalinea. Se esse avranno potuto misurare iltempo trascorso nella zona di avanzamen-to, avranno acquisito l'informazione cheriguarda la loro posizione.

Illustrerò in primo luogo, qui, i modelliche si riferiscono al gradiente di diffusio-ne e alla zona di avanzamento nello svi-luppo dell'ala nel pulcino. Dovrei far os-servare che essi sembrano comportaredelle interazioni piuttosto semplici tra cel-lula e cellula. C'è una convinzione am-piamente diffusa che, durante lo sviluppo,si svolgano tra le cellule «conversazioni»complesse e si dovrebbe prendere in con-siderazione la possibilità che, perlomenonella formazione di configuzioni, questeconversazioni siano, invece, molto limita-te, addirittura noiose.

'ala si sviluppa, nell'embrione di pollo,da una gemma a forma di spatola,

molto simile alla gemma del braccio di unembrione umano. Ha inizio come un ri-gonfiamento di piccole dimensioni, checompare un paio di giorni dopo la deposi-zione dell'uovo e in un momento in cuisono già al loro posto le principali struttu-re assiali, come i somiti. La disposizionedella cartilagine, della muscolatura e deitendini si consolida all'interno di una retepoco compatta di cellule mesenchimati-che, delimitata da una lamina di cellule

ectodermiche, che diventerà la pelle.Dopo dieci giorni in incubatrice, la dispo-sizione delle ossa dell'arto (omero, radioe ulna, carpo e metacarpo, falangi) appa-re ormai chiara in forma di cartilagine(che, in un secondo tempo, verrà trasfor-mata in osso). In preparati fissati, la carti-lagine assume un colorante che la rendechiaramente visibile attraverso il rivesti-mento cutaneo.

Le importanti scoperte sulle interazioniche si stabiliscono all'interno della gem-ma in via di sviluppo sono state realizzateperlopiù da John W. Saunders, Jr., dellaState University di New York ad Albanye dai suoi collaboratori. Saunders ha tro-vato che, per lo sviluppo, è essenziale unaregione ispessita dell'ectoderma, chedecorre come una cresta attraverso l'api-ce della gemma dell'arto. Se questa crestaectodermica apicale viene rimossa pro-prio mentre si stanno mettendo a posto glielementi cartilaginei, alcune parti dell'ar-to non si svilupperanno e, quanto più tar-di quest'operazione verrà compiuta, tan-to più numerose saranno le strutture cheriusciranno a svilupparsi. Se l'asportazio-ne avviene in uno stadio precoce, si potràformare soltanto l'omero; se avviene inuno stadio tardivo, non si svilupperannosoltanto le dita. Ciò significa che le strut-ture sono specificate secondo una se-quenza prossimodistale, cioè a comincia-re dalla zona vicino al punto di attacco

dell'arto al corpo e procedendo verso l'e-sterno, in direzione dell'estremità dell'ar-to. Questa sequenza è osservabile moltochiaramente nella gemma che si sta svi-luppando e in cui l'omero diventa visibilemolto prima che si verifichi la comparsadelle dita.

Se lo schema di differenziamento cellu-lare nella gemma dell'arto procede sullascorta dell'informazione relativa alla po-sizione, si può pensare che alle cellulevengano assegnati dei valori di posizionein un sistema tridimensionale di coordina-te. L'interpretazione di questi valori da-rebbe origine al tipo di differenziamentodella cartilagine, della muscolatura e deitendini, che viene osservato. Sarebbe unpoco come scolpire seguendo dei numeri.I tre assi naturali dell'arto sono l'asseprossimodistale, quello anteroposterioree, infine, quello dorsoventrale. Conside-rerò qui soltanto i primi due, per i qualiSummerbell, Lewis, Cheryll Tickle e iostesso abbiamo proposto due diversi mec-canismi per specificare l'informazionerelativa alla posizione. Per l'asse prossi-modistale, proponiamo un meccanismo incui sia il tempo a dare l'informazione sullaposizione; per l'asse anteroposterioresuggeriamo, invece, un diverso meccani-smo costituito da un segnale provenienteda una regione limite e tale da instaurareun gradiente in seno ai valori relativi allaposizione.

SOGLIAPER IL BLU

SOGLIA PERIL BIANCO

98

99

CARPO

OMERO

RADIO E ULNA

PARTE TERMINALE

STADIO

19

20

21-24

25

26

27

28

CICLICELLULARI

234 5

6 7

In questo disegno vengono identificati gli elementi cartilaginei dell'arto di pollo. La striscia sottodi esso mostra l'effetto, sullo sviluppo dell'arto, della rimozione in tempi diversi della crestaectodermica apicale, un ispessimento simile a una spatola che si trova alla sommità della gemmadell'arto. Il tempo è indicato in termini di una serie standard di stadi di sviluppo e di cicli cellulari.Per esempio, se la cresta è rimossa allo stadio 20, si svilupperanno soltanto l'omero e metà delradio e dell'ulna. Sono necessari ben due cicli cellulari per formare la corta regione del polso.

RADIO CARPO

OMERO

oC:We3 C2D

DISTANZA —›

2 ZONA DIAVANZAMENTO

CRESTAECTODERMICA

APICALE

a

•u3

GEMMA PRECOCEDELL'ARTO

GEMMADELL'ARTOIN ETÀ PIÙAVANZATA

AGHI PERL'INNESTO

101

ZONA DIAVANZAMENTOINNESTATA

ZONA DIAVANZAMENTO

ORIGINARIAS

embra che la specificazione dei valori di posizione prossimodistali avvenga

all'interno della zona di avanzamento chesi trova vicino all'apice della gemma del-l'arto. Questa zona è sempre associataalla cresta ectodermica apicale e presu-mibilmente una certa influenza prove-

UICCOEUI

EZONA DI

o AVANZAMENTO

a.PROSSIMALE < > DISTALE

maniera arbitraria che il valore di posi-zione diminuisca autonomamente in fun-zione del tempo trascorso nella zona, cioèquanto più a lungo una cellula rimarrànella zona, tanto più basso sarà il suovalore di posizione. Poiché tutte le cellulesi dividono, ve ne saranno alcune che la-sciano continuamente la zona; quelle chel'abbandonano per prime formeranno lestrutture prossimali, mentre le altre, piùtardive, formeranno la punta delle dita. Ilgradiente nel valore di posizione. prodot-to da questo processo, specificherà la se-rie di elementi lungo l'asse prossimodista-le. Si può vedere ora perché la rimozionedella cresta ectodermica apicale porti allacomparsa di un arto tronco: la zona diavanzamento è abolita e non si generanocosì nuovi valori di posizione.

Questo modello suggerisce che, in as-senza di interazioni a lungo raggio tra lecellule mesenchimatiche, una zona diavanzamento dovrebbe continuare a svi-lupparsi autonomamente quando vienerimossa e innestata in un'altra sede. Seuna simile zona, proveniente da una gio-vane gemma, viene innestata al posto chela stessa zona occupa in una gemma in cuisono già stati generati i valori di posizionecorrispondenti all'omero al radio e all'ul-na, essa dovrebbe generare una secondaserie di questi valori, il che dovrebbe por-tare a una duplicazione degli elementilungo l'asse prossimodistale. L'esperi-mento inverso, in cui una zona di avan-zamento più vecchia viene innestata inuna giovane gemma, dovrebbe condurreall'assenza di strutture prossimali : do-vrebbero fare la loro comparsa le dita,mentre dovrebbero mancare l'omero,l'ulna e il radio. I nostri trapianti speri-mentali si conformano piuttosto bene allateoria (si veda la figura nella pagina afronte). Tuttavia, devo mettere in rilievoche, all'Università di Grenoble, Madelei-ne Kieny e collaboratori hanno ottenutorisultati differenti, trovando una minorautonomia di questo genere e un maggiornumero di prove in favore di una regola-zione e interazione che permettono direalizzare una serie di strutture più vicinaalla normalità.

Abbiamo incontrato difficoltà nel rica-vare ulteriori prove sperimentali per ilmodello della zona di avanzamento, maalcuni recenti esperimenti di irradiazionecon i raggi X sono stati incoraggianti.Tickle e io stesso abbiamo studiato l'effet-to di forti dosi di raggi X (fino a 2000 rad)sullo sviluppo della gemma dell'arto.Dosi del genere uccidono l'embrione e,pertanto, abbiamo trapiantato la gemmairradiata in una determinata sede nel cor-po di un embrione ospite non irradiato eabbiamo trovato che, aumentando l'irra-diazione, andavano perdute le struttureprossimali, mentre quelle distali (le dita)risultavano relativamente normali. Puòsembrare sorprendente che l'irradiazioneinfluisca meno sulle strutture insediatesiin uno stadio più tardivo, ma è proprioquesto che il nostro modello predice. Sel'irradiazione uccide una elevata percen-tuale di cellule nella zona di avanzamen-to, le cellule sopravvissute devono rima-

nere in essa più a lungo, durante il suoripopolamento, e acquisiscono un valoredi posizione più basso, dando così originea strutture distali. Il modello cominciacosì a fornire delle chiavi d'interpretazio-ne di certe malformazioni congenite a ca-rico di arti umani, come la comparsa diarti focomelici, in cui si ha un'analogadisposizione di tutte le parti dell'arto. Ilfarmaco talidomide potrebbe provocarefocomelia in un feto, oltre ad altre anoma-lie, quando viene somministrato allamadre durante la gravidanza: la sua mo-dalità d'azione è ignota, ma i risultati danoi ottenuti sottintendono che in qualchemodo esso abbia distrutto delle cellulenella gemma precoce dell'arto dell'em-brione.

Quando si registra la durata del perio-do (in termini di cicli di divisione cellula -re) che le cellule, destinate a formare par-ticolari strutture, trascorrono nella zonadi avanzamento, si è colpiti dal temporelativamente lungo che è necessario persistemare le varie parti della brevissimaregione del carpo. Un'analisi condotta daLewis e Summerbell è servita a spiegarel'evidente sproporzione, che risulta avereimportanti implicazioni nel processo disviluppo. I vari segmenti dell'arto nonhanno dimensioni molto diverse quandoemergono dalla zona di avanzamento; ineffetti la loro lunghezza iniziale è grossomodo uguale alla quantità di materialeche abbandona la zona durante un ciclocellulare, cioè all'incirca 350 micrometri.Il carpo, pur essendo corto, è relativa-mente complesso, consistendo chiara-mente di due elementi cartilaginei che sicollocano nella loro sede in sequenza, ilche spiega la lunghezza del tempo neces-sario perché ciò avvenga. Esso è cortosemplicemente perché non cresce molto,dopo essere emerso dalla zona di avan-zamento, mentre le altre strutture dell'ar-to si sviluppano. All'inizio carpo e ulnahanno all'incirca la stessa lunghezza,mentre dopo una decina di giorni l'ulna ècirca 16 volte più lunga dell'inizio e ilcarpo ha, invece, soltanto raddoppiato leproprie dimensioni.

Nigel Holder ha trovato che questa as-senza relativa di crescita è una proprietàautonoma della regione del carpo, persi-

La misura del tempo nella zona di avanzamen-to (area punteggiata) viene dimostrata per ungruppo di cellule (macchia in colore nelloschema a) dopo uno, due, tre cicli cellulari (Ti-Ta). Il valore di posizione decresce (curvain colore) mentre le cellule rimangono nellazona; permane costante dopo che esse l'hannoabbandonata. Se la zona di avanzamento diuna gemma precoce di arto viene innestata alposto della zona di una gemma più vecchia (b)e se le due zone si comportano in manieraautonoma, si dovrebbe generare un nuou)gradiente in coppia con quello originario nelvalore di posizione (c). Ciò può fare in modoche alcune strutture si ripetano lungo l'asseprossimodistale. Una possibile sequenza è, inproposito, omero-radio-ulna-omero-radio-ul-na-carpo-dita; questa sequenza si può osserva-re nella foto d, scattata da D. Summerbell.

C

DISTANZA

niente da quest'ultima permette all'avve-nimento di realizzarsi. La zona ha unalunghezza di circa 350 micrometri (unmicrometro è un millesimo di millimetro)e contiene una popolazione di cellule chesi dividono e che, come aspetto generale,sembrano dei fibroblasti. Si ammette in

CRESTA

CECTODERMICAAPICALE

La gemma dell'arto iene schematicamente rappresentata come se fosse vista dall'alto, mostrandocosì l'asse prossimodistale e l'asse anteroposteriore. Secondo il modello dell'autore, i valori diposizione lungo il primo asse sono specificati dalla lunghezza del periodo che una cellula trascorrenella zona di avanzamento, la quale è associata con la cresta ectodermica apicale (a). Le cellulenella regione 1 hanno avuto specificata la loro posizione, mentre per le cellule della regione 2 laspecificazione è ancora in corso (b); alla fine le due regioni formeranno differenti strutture (c).

100

9

8

7

6

5

4

3

2

1

41o

3 9 13 '11 112 13 14 16TEMPO (GIORNI)

16 17

La crescita di tre differenti elementi cartilaginei, dopo che sono stati deposti in sede, è ampiamen-te variabile. Per esempio la crescita del carpo è scarsa rispetto a quella dell'omero e dell'ulna.

stendo quando questa regione viene isola-ta e coltivata in vitro oppure quando vie-ne trapiantata in altre parti dell'arto.Sembrerebbe che i valori di posizioneimpartiti alla cartilagine portino, in diffe-renti regioni, a diversi programmi di cre-scita. Due piccole cartilagini, simili comeaspetto ma situate in regioni diverse, pos-sono di fatto avere proprietà diverse.Lewis e io abbiamo chiamato «non equi-valenza» questa situazione in cui celluleappartenenti alla stessa classe di differen-ziamento hanno proprietà diverse pro-prio perché programmate da diversi valo-ri di posizione.

La definitiva lunghezza degli elementicartilaginei è determinata dalla dimen-sione che hanno quando emergono dallazona di avanzamento e dal loro pro-gramma di crescita; ambedue queste de-terminanti sono poi specificate dai valoridi posizione. Questi possono venir altera-ti durante l'evoluzione. Simili modifica-zioni servono presumibilmente a spiegarealcune delle differenze di dimensione e diforma che caratterizzano gli arti dei ver-tebrati.

'T l nostro modello di gradiente morfoge-netico per l'asse anteroposteriore si

basa su un'altra scoperta di Saunders, ilquale ha trovato una piccola regione dicellule in corrispondenza del margine

posteriore della gemma dell'ala, regioneche, se impiantata in un punto vicino allaparte frontale della gemma, potrebbeprovocare la formazione nell'arto di ditasupplementari, grosso modo una duplica-zione a immagine speculare lungo l'asseanteroposteriore. Secondo la nostra ipo-tesi. in un morfogeno emesso dalla zona sistabilirebbe un gradiente e le varie dita,per esempio, verrebbero specificate incorrispondenza di varie soglie. Le dita,convenzionalmente indicate con i numeri2, 3 e 4, sono ottimi marcatori in quantofacilmente distinguibili tra loro nell'ala dipollo. Per saggiare la suddetta ipotesiabbiamo pertanto trapiantato una zonacon attività polarizzante in punti successi-vi lungo l'asse anteroposteriore e abbia-mo cercato di vedere se la disposizionedelle dita si conformava o no con le previ-sioni del modello.

Se lungo un gradiente viene fornita l'in-formazione circa la posizione ed essa vie-ne interpretata in termini di soglie, allorail quarto dito, più vicino alla zona norma-le di attività polarizzante, dovrebbe averela soglia più elevata e il secondo dito la piùbassa. Una nuova zona di attività polariz-zante, trapiantata molto avanti sullagemma, mentre la zona originale vienelasciata nella sua posizione posteriorenormale, dovrebbe dare origine a unaduplicazione speculare (si veda l'illustra-

zione a pagina 104). Cioè la disposizionedelle dita dovrebbe essere 4, 3, 2, 2, 3, 4(e infatti era così nel nostro esperimento).Se la parte trapiantata viene messa piùvicina alla metà della gemma, si dovrebbeavere un gradiente tale per cui la disposi-zione prevista (dal margine anteriore almargine posteriore dell'ala) è: 2, 3, 4, 4,3, 3, 4. Gli arti da noi ottenuti avevanoall'incirca questa sequenza. Nel comples-so, le disposizioni osservate nei vari espe-rimenti si conformavano piuttosto benealle previsioni.

Tre altre osservazioni sostengono l'i-dea di un segnale graduato. Innanzitutto,se una seconda zona di attività polarizzan-te viene posta vicino alla zona dell'ospite,essa non mostra alcun effetto evidente;questo è quanto ci si deve aspettare se lazona agisce da fonte di un morfogeno, lacui concentrazione è regolata in modo darimanere fissa . In secondo luogo, se l'in-nesto viene inserito molto in avanti, non siformano dita in più; il segnale non è abba-stanza forte da salire al di sopra dellasoglia. Quando, invece, esso è inseritosuccessivamente sempre più all'indietro,il primo dito supplementare che compareè il 2; esso ha la soglia più bassa. In terzoluogo, il modello predice che la crescenteattenuazione del segnale da una zona diattività polarizzante dovrebbe interferiresuccessivamente con la formazione delledita 4, 3 e 2. Jim Smith ha sottoposto lezone a un'irradiazione estremamente for-te con i raggi X, prima di innestarle in unaposizione in cui la disposizione delle dita,che ne risulta, è generalmente 4, 3, 2. Egliha trovato che, con una crescente irradia-zione (e quindi con una crescente atte-nuazione del segnale), il primo dito a noncomparire era, di fatto, 114, seguito dal 3 einfine dal 2.

Una delle implicazioni di un meccani-smo di morfogenesi basato sull'informa-zione di posizione è che segnali comequelli che hanno un effetto sulla gemmadell'arto del pollo potrebbero avere uneffetto in tutti i vertebrati, con la differen-za nella disposizione dell'arto che riflettele differenze d'interpretazione. Siamostati dunque contenti quando Tickle hatrovato che un frammento di tessuto, pre-levato dalla regione dell'embrione di topoin cui si presumeva essere la zona di attivi-tà polarizzante, specificava delle ditasupplementari nel pollo, allorché venivainnestato in una gemma d'arto di pollo.Jeffrey A. MacCabe dell'Università delTennessee ha ottenuto gli stessi risultaticon embrioni di criceto, mentre John F.Fallon dell'Università del Wisconsin hadimostrato che la zona con attività pola-rizzante nell'arto di un embrione di tarta-ruga e quella con attività polarizzante nel-l'arto di un embrione umano hanno effettisimili sul pollo. Sembra che il segnale siauguale in tutti i vertebrati: ciò che si modi-fica durante l'evoluzione è la risposta.

Malgrado gli esperimenti si siano con-formati al nostro modello, è importantesottolineare che manca ancora una provadiretta circa l'esistenza di un morfogenodiffusibile. Altri modelli, che stabilisconoin altri modi valori graduati di posizione,

102

0,3 0,6 0,9

1,2

1,5

DISTANZA (MILLIMETRI)

C

Si ammette che la zona con attività polarizzante (quadrato in colore) sia la forma di un morfogeno,il cui gradiente specifica l'informazione di posizione anteroposteriore. Una zona normale, incorrispondenza del margine posteriore della gemma (a), stabilisce un gradiente (linea tratteggia-ta in b), che interagisce con le soglie cellulari nello specificare la normale disposizione delle dita 2,3 e 4. Se una zona con atttiv ità polarizzante, prov eniente da una gemma in stadio tardivo, vieneinnestata N icino alla parte anteriore di una gemma precoce (/), il gradiente che essa crea assiemealla zona con attività polarizzante dell'ospite (curva continua in b) specifica una duplicazionedelle dita a immagine speculare (c). Innestando una zona licino alla metà della gemma (//), sidovrebbe ottenere un diverso gradiente (curva in colore più chiaro in b). Il risultato sperimenta-le si è av icinato alla prev isione (d). Gli innesti furono realizzati .1a Smith, e sue sono le fotografie.

NORMALE

ZONA CONATTIVITÀ POLARIZZANTE

INNESTO II

AINNESTO I

A

\ \ \

\

lir\_ \„

_

100

80

60

40

20

o

4

3

2

a NORMALE

INNESTO I

INNESTO II potrebbero anch'essi spiegare i risultatiosservati.

Fino a questo punto, ho considerato sol-tanto gli elementi cartilaginei dell'ar-

to di pollo. ma la disposizione dei muscolie dei tendini è altrettanto importante e inuna certa misura più complessa. GeoffreyShellswell e io stesso abbiamo esaminatolo sviluppo di questi modelli nel contestodel nostro pensiero sull'informazione diposizione, concentrandoci sulla parte di-stale dell'arto: il radio e l'ulna. il carpo, ilmetacarpo e le dita. Mentre gli elementicartilaginei si possono esaminare facil-mente sull'arto intatto, per i tendini e imuscoli è necessario seguire il tediosoprocedimento di ricavare delle sezioni inserie e di ricostruire da esse la disposizio-ne integrale.

Se tale disposizione si ricava dall'inter-pretazione dell'informazione relativa allaposizione in un sistema di coordinate tri-dimensionali - e se davvero si tratta discolpire basandosi su numeri - allora itendini, i muscoli e la cartilagine dovreb-bero svilupparsi in maniera autonoma,puramente in base alla loro posizione.Quindi una delle prime domande che cisiamo posti è stata: quale autonomia ha losviluppo dei muscoli, dei tendini e dellacartilagine? Esiste un muscolo, chiamatoflessore profondo delle dita, che si inseri-sce sull'ulna vicino al gomito ed è connes-so da un lungo tendine alla punta del dito3. Ci siamo chiesti: il tendine si sviluppa infunzione dello sviluppo del muscolo? Checosa succederà, nello sviluppo del tendi-ne, qualora venga a mancare il puntoprossimale normale di attacco? Abbiamotrapiantato l'apice di una gemma precoced'arto di pollo nel fianco di un embrione eil tendine flessore profondo delle dita si èsviluppato normalmente pur mancando ilmuscolo, mentre il muscolo lasciato nelmoncone della gemma si è, esso pure,sviluppato normalmente anche senzatendine.

Questo e altri esperimenti hanno dimo-strato in generale che i muscoli, i tendini ela cartilagine si sviluppano in manieraautonoma una volta che la loro posizioneè stata specificata in età precoce nellagemma. Per i tendini, sembra esservi, tut-tavia, una regola del «cerca e attccati»per cui raramente essi rimangono «a mez-z'aria» in seguito a un'operazione di tra-pianto, ma piuttosto si attaccano ai tendi-ni, ai muscoli o alla cartilagine vicini. Peresempio, è possibile invertire in sensodorsoventrale l'apice della gemma preco-ce dell'arto, innestando l'apice di quelladell'arto sinistro in quella dell'arto de-stro. In tal caso, i tendini ventrali dell'in-nesto si uniscono con i tendini dorsali del-l'ospite più vicini e i muscoli dorsali pos-sono a loro volta integrarsi in quelli ven-trali.

Riteniamo che la disposizione dei mu-scoli e dei tendini sia specificata dallostesso sistema di coordinate degli elemen-ti cartilaginei : un'altra indicazione di que-sto fatto è che il trapianto della zona conattività polarizzante del tipo che provocauna duplicazione a immagine speculare

104

2° DITO TENDINE

I muscoli di un'ala di embrione di pollo, visti dal basso, includono unmuscolo designato come FDP (in colore), inserito mediante un lungotendine alla sommità del dito 3 (a sinistra). Se in una fase precoce dellos‘iluppo l'apice della gemma viene innestato nel fianco dell'embrione,

si forma un arto più o meno normale senza la parte superiore (a destra).In questo caso Geoffrey Shellswell ha dimostrato che il tendine sisv iluppa in maniera autonoma ed è normale anche se il muscolo chedovrebbe essere attaccato a esso manca. La fotografia è di Summerbell.

MUSCOLO FDP

L'uovo di cicadella (a) presenta una regione, all'estremità posteriore (macchia in colore), il cuieffetto è molto simile a quello della zona con attività polarizzante che si trova nell'arto di pollo.L'uovo di insetto dà origine normalmente ai segmenti embrionali contrassegnati da A a E. (Laregione X non dà origine a nulla di preciso nell'embrione). Spostando la regione in una posizioneanteriore (b) e quindi eseguendo sull'uovo una legatura, Klaus Sander dell'Università di Friburgoha ottenuto embrioni con una nuova disposizione dei segmenti (c), molto simile alla disposizionedelle dita in una gemma d'ala di pollo, nella quale una zona sia stata spostata verso il centro.

X

A

C

D

• ELEGATURA

E

D

C

D

E

POSTERIORE

a

21 ORE

I singoli muscoli cominciano a svilupparsi nel modo indicato nellemicrofotografie qui sopra, in cui una sezione trasversale dell'arto vieneingrandita all'incirca di 35 diametri. All'inizio (a), le cellule muscolarisono raggruppate in grossi blocchi muscolari, dorsale (D) e ventrale

(V), sopra e sotto l'ulna ((I) e il radio (R). Circa 12 ore dopo, ogniblocco si suddivide in due (b) e dopo un'altra mezza giornata le massedorsali si ridi% idono; quelle ventrali si div ideranno più tardi. Il mu-scolo FDP proverrà dalla divisione di una delle masse ventrali (F).

a

delle ossa provoca un'analoga duplica-zione a immagine speculare anche deimuscoli e dei tendini.

Questa discussione su muscoli e tendini

può aver fuorviato il lettore insi-nuandogli nella mente l'idea che l'inter-pretazione da parte delle cellule dei lorovalori di posizione sia responsabile nonsolo del tipo di differenziamento musco-lare, ma anche della determinazione diquali cellule formeranno in primo luogola muscolatura. In realtà, la specificazionedel differenziamento cellulare in muscolonon dipende dalla posizione che le cellule

minata dalle cellule del tessuto connetti-vo. Secondo tale punto di vista, questecellule, nelle regioni in cui si modellano iblocchi muscolari, hanno proprietà taliper cui le cellule muscolari, che fungonoda precursori e migrano nei suddetti bloc-chi provenienti dai somiti, tendono adaderire meglio alle cellule connettivali chenon ad altre e, pertanto, si accumulanoformando i blocchi dorsale e ventrale. Leproprietà citate si modificano con il tem-po, presumibilmente in concordanza conla loro interpretazione dell'informazionedi posizione. Se le cellule che si trovano,per esempio, al centro del blocco ventralehanno un'affinità più bassa per le cellulemuscolari, queste migreranno lontano daesse, suddividendo così il muscolo. Il tuttosi svolge come se le future cellule del tes-suto connettivo fungessero da stampo perle cellule muscolari.

Il processo è analogo al movimento del-le cellule mesenchimatiche e al loro di-sporsi ordinatamente nell'embrione diriccio di mare, che Trygve Gustafson del-l'Università di Stoccolma e io stesso ab-biamo studiato alcuni anni fa. In quell'oc-casione le cellule in movimento poteronoessere osservate direttamente con la ci-nematografia a riprese intervallate e ciparve chiaro che gli pseudopodi, cioè leprotuberanze temporanee che le celluleemettono per spostarsi, stabilivano e in-terrompevano continuamente il contattocon il substrato. La mutabilità nella di-stribuzione delle cellule pareva rifletterele variazioni che si verificano nel loro con-tatto con il substrato, proprio come ladisposizione del muscolo nell'arto del pol-lo sembra riflettere dei contatti tra cellulemuscolari e un substrato costituito di tes-suto connettivo. Il modellamento deimuscoli da parte del tessuto connettivoavrebbe importanti implicazioni nella di-stribuzione dei nervi in un arto in via disviluppo e nel modo in cui questi ultimi siconnettono con i primi. Non sappiamoquante connessioni corrette si stabilisco-no tra cellule nervose e cellule muscolari,ma se viene coinvolto un qualche tipo dispecificità, esso potrebbe risiedere piùnelle cellule del tessuto connettivo che inquelle del tessuto muscolare.

Qi hanno oggi prove sostanziali che gra-dienti nell'informazione di posizione

siano alla base della formazione di strut-ture in una varietà di organismi. Alcuneprove sono vecchie: per esempio, il ruolodei gradienti nello sviluppo precoce delriccio di mare fu proposto negli anni ventie trenta dai ricercatori svedesi JohnRunnstróm e Sven O. Heirstadius. Leprove recenti sono poi particolarmentesconvolgenti nel caso degli insetti. SiaPeter A. Lawrence del British MedicalResearch Council's Laboratory of Mole-cular Biology di Cambridge, sia HorstBohn dell'Istituto di Zoologia di Monacodi Baviera hanno riferito che il tipo diorganizzazione nell'epidermide degli in-setti può essere compreso in termini digradienti. Di particolare importanza è larecente scoperta di compartimenti nellosviluppo di questi animali da parte di

Antonio Garcia-Bellido dell'Universitàdi Madrid. Si tratta di gruppi di cellule inuna particolare posizione e il cui pro-gramma di sviluppo si modifica in tuttinello stesso tempo. Una successione dieventi del genere divide, per esempio, l'a-la dell'embrione in un certo numero diregioni distinte. I geni associati con la isti-tuzione di questi compartimenti possonoessere identificati e manipolati, per cui lostudio del processo risulta un modo pro-mettente di affrontare il problema dellaconnessione tra l'azione dei geni e lo svi-luppo delle forme.

Klaus Sander dell'Università di Fribur-go ha dimostrato come i gradienti possa-no controllare, in un uovo di insetto in viadi sviluppo, i primissimi stadi della forma-zione. Sembra che il margine posterioredell'uovo di Cicadella possa essere consi-derato la fonte di un gradiente alla stessastregua della zona con attività polarizzan-te che è presente nell'arto di pollo. Lesomiglianze formali tra i due sistemi sonosorprendenti. Lo spostamento di una par-te del citoplasma dall'estremità posterio-re dell'uovo verso la parte anteriore puòdar origine a una certa disposizione disegmenti nell'embrione proprio come ladisposizione delle dita viene ottenutainnestando una zona supplementare conattività polarizzante nella gemma precocedell'ala. Sia il citoplasma posteriore del-l'uovo sia la zona con attività polarizzantedell'ala sembrano agire come regioni li-

mite che forniscono un segnale di posi-zione. Regioni analoghe si trovano in altrianimali; l'ormai classico «organizzatore»degli embrioni di anfibio, la testa dell'idrae i cosiddetti micromeri negli embrioni diriccio di mare.

I meccanismi basati sull'informazionedi posizione non sono, sicuramente, gliunici grazie ai quali una determinatastruttura può essere specificata durante losviluppo. Un altro meccanismo comportala partecipazione di determinanti di uncerto tipo in corrispondenza di specifichelocalizzazioni all'interno del citoplasmadell'uovo: a mano a mano che l'uovo sidivide, le cellule di diverse regioni acqui-siscono componenti citoplasmici diversi,che specificano il corso del loro differen-ziamento. Karl Illmensee e Anthony P.Mahowald della Indiana University han-no trovato che il cosidetto plasma polarein corrispondenza della estremità poste-riore dell'uovo di insetto specifica, in que-st'ultimo, lo sviluppo delle cellule germi-nali. Trapiantando questo citoplasma nel-la parte anteriore dell'uovo, i due ricerca-tori hanno fatto sì che le cellule che nor-malmente avrebbero formato le strutturecefaliche sviluppassero, invece, cellulegerminali. Una localizzazione citopla-smatica di questo tipo è l'eccezione piùche la regola, perlomeno nei vertebrati, enon spiega la maggior parte delle disposi-zioni che si osservano. Un grande numerodi esperimenti indica che queste, perlo-

hanno nella gemma dell'arto. B. Christ,Jacob e M. Jacob dell'Università di

Bochum e Kieny e A. Chevalier di Gre-noble hanno fornito prove eccellenti chele cellule muscolari hanno genealogiadiversa da quella delle altre cellule me-senchimatiche. Migrano nella gemma daisomiti in uno stadio precoce e non fa chia-ramente alcuna differenza da quale somi-te abbiano origine, il che fa pensare checellule particolari non siano di necessitàdestinate a muscoli particolari. Diversa-mente dalle cellule cartilaginee, le cellulemuscolari sono «equivalenti».

Se, in effetti, le cellule muscolari sono

predifferenziate, che cosa impartisce allo-ra la forma di un particolare muscolo? Percapire in che modo questa specificazionepuò essere realizzata, è necessario com-prendere innanzitutto come si sviluppa unsingolo muscolo. Questo si evidenzia nel-l'arto sotto forma di grossi blocchi, dorsa-le e ventrale, i quali successivamente su-biscono una serie di divisioni e diventanomuscoli individuali. Quei blocchi primiti-vi sono costituiti da cellule muscolari e dacellule del tessuto connettivo, che fungo-no da precursori. Noi suggeriamo che lecellule muscolari siano tutte equivalenti eche la disposizione dei muscoli sia deter-

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più, sono il risultato di interazioni tra cel-lule; se porzioni dell'embrione precocevengono prelevate e ordinate in un mododiverso, una certa forma di regolazioneridistribuisce le varie componenti inmodo che si arrivi ugualmente allo svi-luppo di un animale normale.

Sia la regolazione di una data disposi-zione quando una parte viene asportatadurante lo sviluppo sia la rigenerazione diuna struttura mancante in un animaleadulto possono venir interpretate in ter-mini di informazione di posizione. L'unae l'altra richiedono la sostituzione di valo-ri di posizione mancanti da parte di altrivalori, che vengono reinterpretati dallecellule. Ciò può avvenire seguendo duevie principali, come Thomas Hunt Mor-gan è riuscito a realizzare all'inizio di que-sto secolo. Nella morfallassi (come nelcaso della rigenerazione di un'idra o inbuona parte della regolazione che si svol-ge all'interno dell'embrione precoce), lastruttura rigenerata viene modellata dalrimanente tessuto senza proliferazione dicellule. Questo fenomeno può oggi essereinteso come l'insediamento di una nuovaregione limite in corrispondenza dellasuperficie di taglio e la specificazione dinuovi valori di posizione nei riguardi diquel limite. Nell'epimorfosi (di cui la ri-generazione dell'arto di anfibio è unesempio classico), la struttura rigeneratainsorge con la crescita: essa è dovuta allaproliferazione di un piccolo gruppo di cel-lule in corrispondenza della superficie ditaglio. Nel nuovo tessuto si generanonuovi valori di posizione.

Alcuni importanti chiarimenti sono sta-ti forniti di recente dalle ricerche di PeterJ. Bryant e Susan V. Bryant dell'Universi-tà della California a Irvine e di VernonFrench dell'Università di Edimburgo (siveda l'articolo: La rigenerazione biologi-ca di P. J. Bryant, Susan V. Bryant e Ver-non French in «Le Scienze» n. 111, no-vembre 1977). Questi ricercatori hannoelaborato un modello basato su un siste-ma di coordinate polari, in cui il valore diposizione di una qualsiasi cellula vienedefinito da due coordinate, una meridio-nale e una lungo un asse prossimodistale.Un'importante caratteristica di questomodello è che una rigenerazione interca-lare o interpolata ha luogo ogniqualvoltavalori di posizione discordanti diventanoadiacenti l'uno all'altro; nel tessuto in viadi sviluppo, nuovi valori di posizione sigenerano fino a quando viene eliminata ladiscordanza. I ricercatori citati hannodimostrato che il loro modello può spie-gare una varietà di fenomeni (negli arti diinsetto e di anfibio e nel disco immaginaledelle larve di insetto), alcuni dei qualierano misteri assoluti fino a quando nonvennero analizzati. É incoraggiante se sicrede nell'universalità dei meccanismiche presiedono alla formazione di struttu-re biologiche il fatto che gli stessi tipi difenomeni si osservino in vari animali e cheobbediscano alle stesse regole. «Abbia-mo osservato — scrivono Bryant eFrench — che in diversi organismi la rige-nerazione delle strutture larvale e adulta,e forse anche la formazione e la crescita di

queste strutture nei primi stadi embrionali,è regolata dalle medesime leggi fondamen-tali di comportamento cellulare. Per mezzodi semplici esperimenti chirurgici abbiamoidentificato quelli che presumiamo siano itipi di interazione cellulare che consentonolo sviluppo di forme e strutture nei territorisecondari. Non siamo tuttavia ancora ingrado di spiegare i meccanismi di questeinterazioni cellulari...».

Ho cercato di dimostrare che il concetto

di informazione di posizione per-mette di comprendere e analizzare sia losviluppo sia la regolazione delle configu-razioni biologiche. Si hanno prove cre-scenti (alcune delle più imponenti proven-gono dagli studi sullo sviluppo degli inset-ti, che sono stati appena sfiorati qui) che lecellule hanno una proprietà corrisponden-te al loro valore di posizione e le norme perla formazione e la regolazione dei modellisono molto simili anche in sistemi moltodiversi. Se questi punti di vista sono giusti,quelli di noi che si occupano di questiproblemi si trovano nella stessa situazionedei genetisti molto tempo prima che ilDNA venisse identificato come materialegenetico: abbiamo regole che governanola fenomenologia, ma la base molecolaredei fenomeni è totalmente sconosciuta.Non abbiamo alcuna idea di come si realiz-zi la segnalazione di posizione (potrebbecomportare la partecipazione di sempliciatomi o di molecole complesse come gliacidi nucleici) o di come le cellule registri-no e ricordino il loro valore di posizione.Inoltre, se l'informazione sulla posizione èsimile in sistemi diversi, l'ampia variazio-ne che si osserva nelle strutture dovrebbederivare da una diversa interpretazionedei valori di posizione da parte delle cellu-le. É dunque chiaramente un problema difondamentale importanza il sapere in chemodo l'informazione viene interpretata.

Si sostiene talvolta che non viene fattoalcun progresso reale fino a quando non sipone su una solida base molecolare undeterminato meccanismo biologico (nelcaso in questione fino a quando non ènota la natura molecolare dei gradienti, osegnali di posizione). Un simile modo divedere nega l'esistenza di differenti livellidi organizzazione ai quali si possono in-dagare in maniera significativa i processibiologici. Per coloro che si interessano dibiologia dello sviluppo sarebbe utile po-ter conoscere la base molecolare dellaformazione di strutture tridimensionali,ma al momento non c'è alcun modo chia-ro per riuscirvi. I nostri problemi sonosimili a quelli di ogni ricercatore che cer-chi di ridurre in termini molecolari ilcomportamento cellulare, particolarmen-te quando questo comporta delle reazioniendocellulari che inducono cambiamentinello stato o nel comportamento della cel-lula. Forse dovremmo essere meno apo-logetici e ricordare che lo studio dellagenetica era (ed è) efficiente anche a livel-li diversi da quello del DNA e che nonpossiamo sapere che cosa cerchiamo dispiegare o dove cercare la spiegazione senon possediamo l'esatta fenomenologiadegli eventi che ci interessano.

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