Contributo alla conoscenza della muscolatura liscia dell'apparato ...

Rendiconti CONTRIBUTO Seminario ALLA Facoltà CONOSCENZA Scienze Università DELLA Cagliari MUSCOLATURA Supplemento Vol. LISCIA… 70 (2000) 287Contributo alla conoscenza della muscolatura lisciadell’apparato iobranchiale dell’Hydromantes genei(Temm. Schleg.) (*)GIULIANA PAOLA SERRA (**), LIANA FATTORE (***), MAURO ARGIOLAS (**),MARIA CRISTINA PUDDU (**), SUSANNA PICCIAU (**),ELISABETTA CARTA (**), SATURNINO SPIGA (**)Abstract. In most aquatic and terrestrial feeding mechanisms the hyobranchialapparatus plays a decisive role. The anatomical informations available from theliterature concern only skeleton apparatus and voluntary muscular system. Theparticular disposition of the relative cartilages during the tongue ejection remained tobe still clarified. Therefore, aim of this study was to investigate the anatomical junctionsamong the hyobranchial elements in the Hydromantes genei, which developed one of themost specialised prey-capture system. Specifically, we studied the disposition of thesmooth muscles related to lingual cartilages by confocal laser scanning microscope.Contrary to the typical compact disposition of the smooth muscular cells, we observedmuscular cells inter-connected only along their major axes, conferring a high degreeof elasticity to the whole system. Thus, during the tongue ejection, the muscularboundless allowed the tongue to reach an extension greater than the simple sum of eachcartilage length.INTRODUZIONENei Pletodontidi l’apparato iobranchiale consiste in una cartilagine impari mediana,detta basibranchiale (BB) posta nel pavimento della bocca. Uno o due elementi radialipari sono articolati sulla sua sommità anteriore e sostengono il disco linguale (LD). Altredue cartilagini pari ceratobranchiali (CB 1e CB 2), sono invece articolate alla porzionecaudale della cartilagine BB stessa. Il primo (CB 1) è articolato con il BB più o meno allametà dello stesso mentre il secondo (CB 2) è posizionato sulla sua parte posteriore.Entrambi i CB si estendono posteriormente e si articolano con la cartilagine epibranchiale(EB) [1, 2, 3, 4, 5]. La presenza in entrambi i lati di una cartilagine ceratoiale (CI) parinel pavimento boccale completa questo apparato. Queste cartilagini non contraggonorapporti tra loro, né con gli altri elementi dell’apparato iobranchiale e diversi muscolisono associati al suo scheletro. Tra questi, il rectus subarcualis (SAR) origina dalla(*) Presentato il 26/01/01.(**) Dip. Biologia Animale ed Ecologia, Università degli Studi di Cagliari, Viale Poetto 1, Cagliari.(***) Dip. Neuroscienze «B.B. Brodie», Università degli Studi di Cagliari, Via Porcell 4, Cagliari.

288 G.P. SERRA, L. FATTORE, M. ARGIOLAS, M.C. PUDDU, S. PICCIAU, E. CARTA, S. SPIGAsuperficie ventrale del CI, circonda la porzione caudale di EB e si estende rostralmentelungo i CB formando una guaina muscolare. Più antero-medialmente si allarga perconnettersi alla parte anteriore del CI. Il rectus cervicis profundis (RCP) è la continuazionediretta del rectus abdominalis che origina dall’osso puboischium. Il RCP si estendemedio-lateralmente passando sotto il CB 2e sopra il CB 1e lungo tutto il BB per aprirsi neldisco linguale. Il subioideo (SI) origina dall’estremità anteriore del CI, si estendeanteriormente, parallelo e ventrale al SAR e si inserisce vicino alla mandibola nella fasciadel muscolo intermandibularis posterioris. Altri muscoli, quali l’ioglossus, il basiradialise l’interadialis, sono responsabili della forma caratteristica che il disco linguale assumedurante la cattura della preda.Nella famiglia dei Salamandridi i tre generi Salamandra, Chioglossa, e Salamandrinahanno lingue specializzate alle differenti situazioni terrestri; tutti gli altri generi hanno lalingua poco sviluppata e adattata quasi esclusivamente a situazioni acquatiche. Infatti, inAmbystoma tigrinus ad esempio, l’apparato iobranchiale permette alla lingua di essereproiettata ad una distanza solo di poco superiore a quella del muso dell’animale [6].Tra i vari generi di Pletodontidi, il meccanismo di proiezione della lingua per la catturadella preda non differisce di molto, almeno nelle sue linee generali. La contrazione deimuscoli subarcuali e subioidei spingono l’apparato linguale in avanti. La quasi simultaneacontrazione dei muscoli rectus cervicis sostiene la parte mediale e anteriore di tuttol’apparato durante la proiezione della lingua.L’interazione del muscolo protrattore e detrattore determina i movimenti solo dellaparte distale dell’apparato e la bocca si apre per contrazione del muscolo depressore dellamandibola permettendo l’ingestione della preda. La contrazione contemporanea delsubarcualis rectus, del subioideo e del rectus cervicis riporta la lingua all’interno dellabocca. La distanza e la velocità di proiezione e quindi la versatilità dell’intero apparatocomporta una notevole specializzazione di tutto l’apparato scheletrico e muscolare. Lavelocità di eiezione della lingua è in rapporto alla massa del suo scheletro: infatti, lariduzione della lunghezza dei due CB 1e CB 2diminuisce il tempo necessario per dipanaregli elementi scheletrici [4, 5]. Nel genere Hydromantes, che possiede una tra le lingue piùlunghe tra i Pletodontidi (45-50 mm) la velocità di protrusione è risultata essere pari a 6-8 ms [7, 8].MATERIALI E METODIAnimaliCinque esemplari di H. genei sono stati catturati nelle grotte di Domusnovas(Sardegna) e ospitati in una grotta artificiale al buio, ad una temperatura di 15 °C e unaumidità relativa del 90%. Le catture e gli esperimenti sono stati approvati dagli ufficiRegionali Sardi e condotti in rispetto della regolamentazione europea per l’utilizzo deglianimali per la ricerca scientifica (CEE n. 86/609).

CONTRIBUTO ALLA CONOSCENZA DELLA MUSCOLATURA LISCIA… 289Metodi istologiciDopo anestesia con uretano al 25% gli animali sono stati perfusi transcardiacamentecon una soluzione eparinizzata (10 U/ml) di NaCl al 0,75% contenente paraformaldeide(2%) e glutaraldeide (2%) in soluzione salina tamponata (0,1 M, pH 7,2). I pezziinteressati sono stati fissati per tre giorni in una soluzione di etanolo (50 ml), acquadistillata (50 ml) e cloralio idrato (5 g).I tessuti sono stati saturati in una soluzione di nitrato d’argento al 2%, al buio allatemperatura di 37 °C per una settimana. La riduzione è stata effettuata immergendo ipreparati in una soluzione contenente acido pirogallico (l g) e formalina neutralizzata (10ml) in acqua distillata, per 24 ore. Sezioni di 30 µm sono state ottenute da blocchettiinclusi in paraffina.Microscopia confocale a scansione laser (CLSM) e analisi di immagineL’analisi morfologica dei tessuti è stata effettuata con un microscopio a lucefluorescente e con un CLSM Leica 4D dotato di laser Argon-Krypton. Ciascunaimmagine è stata acquisita 8 volte e quindi mediata per eliminare il rumore di fondo. Leimmagini risultanti appaiono in una scala di valori di grigi compresi tra O (nero) e 255(bianco); in alcuni casi sono stati effettuati «rendering» in falsi colori.Abbiamo usato i software Vox Blast Motif e Scanware 4.2a Leica per le ricostruzionitridimensionali (3D), il software Corel Photo Paint version 6 ed una Polaroid Palette HRper le stampe.RISULTATIL’osservazione al CLSM dei preparati ha mostrato che tutte le cartilagini dell’apparatoioideo su descritte sono collegate da fasci di muscolatura liscia più o meno sottili. Neldisco linguale, infatti, tra le cartilagini BB e le radiali si notano solo 2 o 3 fasci dimuscolatura liscia, mentre molto più consistente, come risulta dai nostri preparati(Fig. 1), è la muscolatura tra le cartilagini BB e le CB.Le cellule muscolari sono tipicamente allungate, fusiformi e con un voluminosonucleo centrale e misurano mediamente 9,37 ± 1,49 µm in larghezza e 35,33 ± 5,6 µm inlunghezza. Al microscopio confocale è chiaramente visibile come queste cellule sianoconnesse tra loro solo longitudinalmente come per formare dei fascetti, lunghi fino a 150µm, composti da un unica fila di cellule (Fig. 2). Con la lingua a riposo, queste fileleggermente lasse, non sono disposte parallelamente all’asse di giunzione delle cartilaginima diagonalmente con un’angolazione che varia dai 270°, per i fasci più esterni dovele cartilagini assumono una forma leggermente convessa, a 330° per quelli più interni. Inquesta situazione, le cellule si addossano tra loro limitando la distanza tra le cartilagini.Tra gli elementi BB e CB, ad esempio, abbiamo calcolato che questa distanza risultaessere di circa 50 µm (Fig. 2).

290 G.P. SERRA, L. FATTORE, M. ARGIOLAS, M.C. PUDDU, S. PICCIAU, E. CARTA, S. SPIGAFigura 1. Immagine confocalea Scansione laserdella porzione basale dellalingua a riposo dove si puònotare la disposizione deifascetti di muscolatura trale cartilagini BB e CB. Labarra è lunga 50 µm.Figura 2. Immagine confocaledella giunzione trale cartilagini CB 2e BB dovesi può notare la particolareorganizzazione muscolare«a cordoni» dei fascetti muscolari.

CONTRIBUTO ALLA CONOSCENZA DELLA MUSCOLATURA LISCIA… 291Osservazioni al microscopio luce ci hanno permesso di stabilire che a linguaestroflessa invece, i fascetti si dispongono parallelamente tra loro e all’asse di giunzionedelle cartilagini che collegano con un angolo di circa 270°.DISCUSSIONEScopo di questo lavoro è stato quello di approfondire le conoscenze anatomichesull’apparato iobranchiale del geotritone sardo, un animale adattato ad un ambientetroglofilo che ha sviluppato un sistema di predazione tra i più specializzati ed efficientidi tutti gli Urodeli. Le informazioni finora a disposizione in letteratura riguardavanoprevalentemente la descrizione dell’apparato scheletrico e muscolare volontario [9, 10],mentre del tutto assenti erano le informazioni riguardanti la muscolatura liscia dell’apparatoiobranchiale. Una delle questioni più importanti rimasta ancora insoluta riguardavale modalità con cui le cartilagini di tale apparato, essendo prive di articolazioni,potessero reggere la spinta dei potenti fasci muscolari striati durante la fulminea eiezionedella lingua, senza disassemblarsi.I nostri risultati hanno permesso di stabilire che la presenza dei fasci di muscolaturaliscia garantisce all’intero apparato un sistema di ammortizzazione molto efficiente econtemporaneamente assicura la tenuta, il richiamo e il riposizionamento del sistemascheletrico linguale. Inoltre, con questo sistema è garantito l’essenziale contenimentodelle dimensioni dell’intero apparato iobranchiale. Infatti, è proprio grazie alla loroparticolare disposizione che i fasci muscolari lisci di giunzione possono, durantel’eiezione della lingua, triplicare la distanza tra le cartilagini, fornendo alla lingua unaestensione maggiore della semplice somma della lunghezza delle singole cartilagini.BIBLIOGRAFIA[1] D.B. WAKE, Comparative osteology and evolution of the lungless salamanders, familyPlethodontidae. Mem. S. Cal. Acad. Sci. 4, 1 (1966).[2] D.B. WAKE, Functional and developmental constraints and opportunities in the evolution offeeding systems in urodeles. In: Mossakowski D., Roth G. (eds) «Environmental adaptationand evolution», Fisher, Stuttgart, pp. 51 (1982).[3] N. ÖZETI, D.B. WAKE, The morphology and evolution of the tongue and associated structuresin salamanders and newts (family Salamandridae). Copeia, 91 (1969).[4] R.E. LOMBARD, D.B. WAKE, Tongue evolution in the lungless salamanders, familyPlethodontidae. I. Introduction, theory and a general model of dynamics. J. Morphol. 148,265 (1976).[5] R.E. LOMBARD, D.B. WAKE, Tongue evolution in the lungless salamanders, familyPlethodontidae. II. Function and evolutionary diversity. J. Morphol. 153, 39 (1977).[6] J.H. LARSEN, D.J. GUTHRIE, The feeding system of terrestrial tiger salamanders (Ambystomatigrinum melanostictum Baird.). J. Morphol. 147, 137 (1975).[7] G. ROTH, Experimentelle Untersuchungen zum Beutefang von Hydromantes italicus Dunn(Amphibia, Plethodontidae). Diss, Univ. Munster (1974).

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