Plasticità nel metabolismo degli androgeni materni negli embrioni aviari

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 8083 (2023) Citare questo articolo

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Le madri possono influenzare i fenotipi della prole trasferendo ai piccoli informazioni non genetiche, che forniscono loro uno strumento flessibile per adattare la traiettoria di sviluppo dei piccoli in ambienti fluttuanti. Le madri possono depositare in modo differenziato le proprie risorse nello stesso tentativo riproduttivo in relazione alla posizione della prole nella gerarchia dei fratelli. Tuttavia, non è ancora chiaro se embrioni provenienti da posizioni diverse possano essere plastici nella loro risposta ai segnali materni, portando potenzialmente a un conflitto madre-figlio. Abbiamo utilizzato piccioni torraioli (Columba livia), che depongono due covate di uova in cui i livelli di androgeni materni nelle uova della seconda deposizione al momento dell'ovideposizione sono più alti rispetto alle uova della prima deposizione, e abbiamo studiato la plasticità del metabolismo embrionale degli androgeni materni. Abbiamo aumentato sperimentalmente i livelli di androstenedione e testosterone nelle prime uova fino a raggiungere quelli presenti nelle seconde uova e abbiamo misurato la variazione dei livelli di androgeni e dei suoi principali metaboliti (etiocolanolone e testosterone coniugato) dopo 3,5 giorni di incubazione. Abbiamo scoperto che le uova con un aumento degli androgeni mostrano un diverso grado di metabolismo degli androgeni a seconda della sequenza di deposizione delle uova o dei livelli iniziali di androgeni o di entrambi. I nostri risultati indicano che gli embrioni hanno una certa plasticità in risposta ai livelli di androgeni materni a seconda dei segnali materni.

Le madri possono influenzare lo sviluppo della loro prole non solo trasferendo informazioni attraverso i loro geni, ma anche trasferendo segnali non genetici come nutrienti, fattori immunitari e ormoni. Tale trasferimento può dipendere dall'ambiente materno che fornisce alla madre uno strumento per adattare la traiettoria di sviluppo e il fenotipo finale della prole alle fluttuazioni ambientali, contribuendo alla fitness attraverso i cosiddetti effetti materni anticipatori adattivi1. Negli ultimi decenni è diventato sempre più chiaro che tali effetti si verificano già nel periodo prenatale esponendo gli embrioni o fornendo alle uova in modo differenziato sia risorse che segnali come sostanze nutritive e ormoni (ad es. Insetti2,3, rettili4,5,6, uccelli7,8,9 e mammiferi10,11). Un classico esempio, negli uccelli, è il trasferimento materno di androgeni che variano (spesso aumentano) con la sequenza di deposizione delle uova nello stesso tentativo riproduttivo7. Tale variazione favorirebbe lo sviluppo delle uova deposte più tardivamente a scapito delle uova deposte prima in buone condizioni alimentari, ma ridurrebbe la sopravvivenza precoce delle uova deposte più tardi in condizioni alimentari inadeguate, con conseguente riduzione delle dimensioni della covata12,13.

Finora si sono accumulati studi approfonditi che ci permettono di comprendere il ruolo della madre e gli effetti dei suoi ormoni sulla prole nella fase postnatale. Allo stesso tempo, prove crescenti indicano che l’embrione potrebbe non essere semplicemente un destinatario passivo di segnali materni14,15. Un esempio ben noto è quello del feto umano che può aumentare la propria disponibilità nutrizionale secernendo ormoni placentari che influenzano la fisiologia della madre, portando ad un aumento della glicemia materna e della pressione sanguigna16. Tali casi sono stati interpretati come l’espressione precoce di un conflitto madre-figlio17. Ciò solleva la questione fino a che punto l’embrione sia plastico nella sua risposta a seconda dei segnali contestuali come previsto dalla teoria7,14,15,18.

Nel corso degli anni, studi descrittivi e sperimentali condotti su specie ovipare hanno rilevato che ormoni di origine materna in quantità sostanziali nel tuorlo d'uovo di queste specie7,19,20,21,22,23 hanno un'ampia gamma di effetti benefici ma anche dannosi sullo sviluppo della prole7 ,24,25. Numerosi studi hanno ormai dimostrato un ruolo attivo degli embrioni nella conversione degli ormoni materni in altri ormoni6,26,27,28,29. Tale metabolismo avviene già nei primissimi giorni dello sviluppo e può avere importanti effetti biologici e funzionare direttamente, come l'etiocolanolone che funziona come neurosteroidi30, o indirettamente, come i coniugati inattivi che vengono riconvertiti nella forma libera attiva successivamente durante lo sviluppo embrionale6. Tuttavia, rimane poco chiaro se il metabolismo delle sostanze materne sia o meno una strategia di risposta plastica attiva da parte degli embrioni che dipende da segnali contestuali, potenzialmente per adattare lo sviluppo fenotipico verso il proprio livello di forma fisica ottimale.