La prima descrizione dell'armatura dermica nei serpenti

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 6405 (2023) Citare questo articolo

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Gli osteodermi, chiamati anche armatura dermica, svolgono spesso un ruolo nella difesa dei predatori. La presenza di osteodermi è distribuita in modo molto irregolare nella filogenesi degli squamati e non sono stati trovati nei serpenti. In questo studio, abbiamo cercato specie di serpenti candidate che trarrebbero beneficio da tale armatura per proteggere il proprio corpo, concentrandoci principalmente sulle specie fossorie con coda difensiva. Abbiamo esaminato la morfologia della coda di 27 specie di serpenti di diverse famiglie utilizzando la microtomografia computerizzata (μCT) e la microradiografia. Abbiamo scoperto un’armatura dermica in quattro specie di boa della sabbia (Erycidae) che presentano anche vertebre caudali ingrandite e altamente modificate. Questa è la prima descrizione dell'armatura dermica nei serpenti. Le ricostruzioni dello stato ancestrale hanno rivelato che gli osteodermi probabilmente si sono evoluti una o più volte negli Erycidae. Non abbiamo trovato osteodermi in nessun'altra specie di serpenti esaminata. Tuttavia, strutture simili sono note da cladi squamati non imparentati, come i gerrhosauridi e i gechi. Ciò supporta l’idea di una profonda omologia evolutiva sottostante. Proponiamo l'ipotesi che gli osteodermi proteggano i boa delle sabbie come l'armatura brigantina dei guerrieri medievali. Lo interpretiamo come un altro componente della ricca strategia di difesa dei boa della sabbia.

Esiste un'ampia varietà di elementi tegumentari nei tetrapodi, inclusi osteodermi, scaglie dermiche e lamina calcarea1. Mentre le scaglie dermiche e la lamina calcarea sono piuttosto uniche e tipiche dei gimnofionani2,3,4 e di alcune rane5,6,7, gli osteodermi sono comuni ai rappresentanti della maggior parte dei principali lignaggi tassonomici1. Un osteoderma è una categoria strutturale di organi mineralizzati incorporati nel derma8,9. La letteratura è piena di sinonimi usati di routine come ossificazione dermica, placca dermica, armatura dermica, osteoscute e scute10,11,12,13,14. Nella maggior parte dei tetrapodi, gli osteodermi non sono presenti fino all'età adulta1,15 e si sa molto poco sul loro sviluppo durante l'ontogenesi16,17.

Gli osteodermi sono stati dimostrati nei tetrapodi staminali18,19, negli anfibi20, nei lepidosauri21,22, negli arcosauri11,23,24 e in alcuni sinapsidi25,26,27. Sebbene l'ossificazione dermica sia tassonomicamente diffusa, la sua distribuzione filogenetica specifica tra i lignaggi è altamente irregolare. I tentativi di ricostruire l'evoluzione dell'ossificazione cutanea hanno prodotto scenari contrastanti. L'idea di evoluzione convergente degli osteodermi, avanzata negli amnioti28, è stata recentemente sostituita dall'ipotesi di omologia profonda. Afferma che i tetrapodi condividono una capacità latente plesiomorfa (genetica, cellulare, di sviluppo e strutturale) di formare tali strutture11,25,29.

Osteodermi sono stati segnalati in rappresentanti della maggior parte dei principali lignaggi di lepidosauri29,30,31, ad esempio, in Sphenodontidae32, Gekkota22,33,34, Scincoidea35, Lacertoidea36, Anguimorpha21,37,38,39 e Iguania40 sensu41. In alcune famiglie, gli osteodermi sono diffusi, ad esempio nei cordilidi, gerrosauridi, scincidi e anguidi42,43. D'altra parte, negli Iguania o nei Gekkotan, solo poche specie tra centinaia mostrano osteodermi ben sviluppati29. Sono stati ripetutamente segnalati come assenti in tutti i serpenti, anfisbeni, dibamidi, teiidi e gimnoftalmidi1,29. Per la mappatura dettagliata della presenza/assenza di osteodermi in un albero filogenetico di squamati vedere la revisione di Williams e colleghi29.

L'ossificazione cutanea nei rettili squamati è stata un tema caldo negli ultimi dieci anni poiché lo sviluppo e la disponibilità di apparecchiature per microtomografia computerizzata (μCT) hanno reso più semplice lo studio di questo fenomeno14. La non invasività della µCT semplifica l'esame di centinaia di esemplari e fossili museali, nonché la verifica di ipotesi specifiche44,45,46,47,48. Inoltre, i protocolli in vivo13 consentono studi longitudinali con misurazioni ripetute su piccoli animali vivi49. Ampliando le conoscenze sulla presenza degli osteodermi negli squamati, possiamo formulare ipotesi sulla loro funzione. Poiché gli osteodermi sono localizzati principalmente sulla testa e sulla superficie dorsale del corpo30,42, l'ipotesi più ampiamente accettata sulla funzione dell'armatura dermica è che serva a protezione22,40. Tuttavia, gli osteodermi possono contribuire a una varietà di altre funzioni, come la locomozione50, la termoregolazione44,51 e l'immagazzinamento del calcio52.