Characterization of corneal epithelium and endothelium with scanning electron microscopy in three avian species

Immagina il tuo occhio come una lente fotografica ad alta tecnologia, ma invece del vetro, la finestra anteriore è fatta di tessuto vivente chiamato cornea. Questo scudo trasparente a forma di cupola è il protagonista quando si tratta di mettere a fuoco la luce per permetterti di vedere il mondo con estrema nitidezza. Ma affinché questa "finestra" rimanga cristallina, ha bisogno di una squadra di operai molto speciale sulla sua superficie e sul suo lato posteriore. Pensa allo strato anteriore (l'epitelio) come a un trafficato marciapiede cittadino, coperto da piccole proiezioni simili a dita che aiutano a catturare i nutrienti e a mantenere stabile il film lacrimale, come un tappetino antiscivolo su un pavimento bagnato. Sul lato opposto, lo strato posteriore (l'endotelio) agisce come una pompa monodirezionale e una trave di supporto strutturale, impedendo alla cornea di inzupparsi d'acqua e diventare opaca. Gli scienziati hanno passato anni a studiare queste "mattonelle" cellulari negli esseri umani e in alcuni animali, ma ci sono ancora enormi lacune nella nostra conoscenza riguardo agli uccelli. Con oltre 11.000 specie di uccelli che sfrecciano nel cielo, sappiamo sorprendentemente poco di come siano costruite le finestre dei loro occhi, specialmente per gli ordini Columbiformes (piccioni) e Passeriformes (passeriformi). Comprendere queste minuscole strutture ci aiuta ad apprezzare l'ingegneria evolutiva dietro il volo e la visione, e ci fornisce una base per individuare cosa succede quando le cose vanno male.

Questo studio ha deciso di ingrandire l'inquadratura — moltissimo — su tre uccelli molto diversi per vedere come appaiono le "mattonelle" corneali sotto un microscopio super potente chiamato microscopio elettronico a scansione (SEM). I ricercatori hanno scelto una rondine blu-bianca, un piccione comune e un tordo pennacchio. Non si sono limitati a dare un'occhiata veloce; hanno contato le cellule, misurato le loro dimensioni e osservato i piccoli rilievi e i buchi sulle loro superfici. È come fare un censimento di una città microscopica per vedere quante case ci sono, quanto sono grandi e se i tetti sono coperti di tegole o punte.

Ecco cosa hanno scoperto. Lo strato anteriore della cornea in tutti e tre gli uccelli è un mosaico di cellule di diverse forme, e ogni singola cellula è densamente popolata da minuscole punte simili a capelli chiamate microvilli. È come una foresta di erba microscopica che copre la superficie. Nella rondine blu-bianca, i bordi di queste cellule sono rialzati, formando piccole pareti, ma nel piccione e nel tordo, i confini sono un po' sfumati e difficili da definire. Quando hanno contato la popolazione, la rondine aveva circa 8.333 cellule per millimetro quadrato, il piccione ne aveva circa 8.667 e il tordo era il più affollato con 9.000 cellule per millimetro quadrato.

Sul lato posteriore della cornea, la storia è un po' più uniforme. Le cellule endoteliali in tutte e tre le specie hanno una forma prevalentemente esagonale, simile a un perfetto favo. Tuttavia, la texture superficiale varia. La rondine e il piccione hanno un mix di minuscole punte (microvilli) e piccoli incavi (microfori) sulle loro cellule, mentre le cellule del tordo sono coperte principalmente da brevi punte. I ricercatori non sono riusciti a contare le cellule dello strato posteriore della rondine perché alcune delle loro foto sono andate perse, ma per gli altri i numeri erano alti: il piccione ne aveva circa 9.074 per millimetro quadrato, e il tordo circa 9.537.

Lo studio ha anche misurato la dimensione delle mattonelle a nido d'ape. Per il piccione, l'area media della cellula era di 96,84 ± 10,72 µm², e per il tordo era di 86,25 ± 7,10 µm². Sono piuttosto piccole rispetto a quanto visto in altri uccelli. Le cellule avevano anche una forma molto regolare; sia nel piccione che nel tordo, esattamente il 75% delle cellule erano esagoni perfetti. La variazione della dimensione cellulare (una misura chiamata coefficiente di variazione) era bassa, pari a 0,11 per il piccione e 0,08 per il tordo, suggerendo che queste siano comunità cellulari sane e ben organizzate.

Una cosa interessante che l'articolo nota è che, mentre alcuni altri uccelli hanno una piccola struttura singola simile a un capello chiamata ciglio al centro delle loro cellule endoteliali, i ricercatori non ne hanno viste in queste tre specie. Suggeriscono che questo possa essere dovuto semplicemente al fatto che la struttura si ritrae o scompare a seconda dello stato della cellula al momento dello scatto, piuttosto che significare che questi uccelli ne siano privi.

In definitiva, questo articolo è il primo a descrivere questi specifici dettagli ultrastrutturali per la rondine blu-bianca, il comune piccione e il tordo pennacchio. Conferma che, sebbene questi uccelli condividano alcune caratteristiche generali con altre specie — come la forma a nido d'ape delle cellule posteriori e la copertura di micro-punte sulla parte anteriore — esistono variazioni uniche nei bordi cellulari e nelle texture superficiali. Gli autori suggeriscono che le piccole dimensioni delle cellule endoteliali potrebbero essere un tratto speciale per questi ordini di uccelli, ma sono cauti nell'affermare che sono necessari ulteriori studi con gruppi di uccelli più ampi per confermare se si tratti di una regola o solo di una coincidenza. Per ora, abbiamo un'immagine più chiara dell'architettura microscopica che mantiene chiari gli occhi di questi uccelli e la loro visione nitida.