L'anatomia funzionale dei baffi della proboscide dell'elefante

May 08, 2023

Biologia delle comunicazioni volume 6, numero articolo: 591 (2023) Citare questo articolo

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Il comportamento e l'innervazione suggeriscono un'elevata sensibilità tattile delle proboscidi degli elefanti. Per chiarire la periferia tattile del tronco abbiamo studiato i baffi con i seguenti risultati. La densità dei baffi è alta sulla punta del tronco e gli elefanti della savana africana hanno più baffi sulla punta del tronco rispetto agli elefanti asiatici. Gli elefanti adulti mostrano una sorprendente abrasione lateralizzata dei baffi causata dal comportamento lateralizzato del tronco. I baffi dell'elefante sono spessi e mostrano poco affusolamento. I follicoli dei baffi sono grandi, mancano di un seno anulare e la loro organizzazione varia nel tronco. I follicoli sono innervati da circa 90 assoni provenienti da più nervi. Poiché gli elefanti non sbattono, i movimenti del tronco determinano il contatto dei baffi. Schiere di baffi sugli oggetti di contatto della cresta del tronco ventrale in equilibrio sul tronco ventrale. I baffi del tronco differiscono dai baffi facciali mobili, sottili e affusolati che campionano lo spazio peri-rostro simmetricamente in molti mammiferi. Suggeriamo che le loro caratteristiche distintive - essere spesse, non affusolate, lateralizzate e disposte in specifiche schiere ad alta densità - si siano evolute insieme alle capacità manipolative del tronco.

Gli elefanti impegnano quasi costantemente la loro proboscide e spesso entrano in contatto con l'ambiente con la punta della proboscide. Esperimenti comportamentali hanno rivelato un'elevata sensibilità della punta del tronco agli stimoli sensoriali1. Non sorprende quindi che il tronco riceva una fitta innervazione tattile. Nello specifico, i nervi infraorbitari e i gangli trigeminali pesano circa 1,5 kg nelle mucche elefante. Di conseguenza, il nervo infraorbitario, che fornisce l'innervazione sensoriale tattile della proboscide dell'elefante, è molto più spesso del nervo ottico dell'elefante, che media la visione, e del nervo vestibolococleare, responsabile della percezione uditiva2. Nonostante l’evidente rilevanza comportamentale, la nostra conoscenza delle specializzazioni tattili periferiche dell’elefante è limitata.

La proboscide dell'elefante è una struttura facciale derivata. È un organo di fusione che si sviluppa dalla fusione del naso drammaticamente allungato e del labbro superiore3. Questa fusione avviene negli stadi tardivi del feto e i primi feti di elefante hanno semplicemente il naso lungo e non fuso4. Le immense dimensioni e il peso della proboscide dell'elefante mettono a dura prova le ossa facciali. La necessità di fornire spazio per l'attaccamento della muscolatura del tronco ha portato nell'evoluzione ad uno straordinario ingrandimento del cranio dell'elefante. Si pensa che il tronco agisca come un cosiddetto idrostato muscolare. La muscolatura del tronco è costituita da circa 40.000 muscoli5, rispetto ai soli 600-700 muscoli del corpo umano. La muscolatura del tronco è innervata da un grande nucleo facciale6 con circa 54.000 (elefanti asiatici) e 63.000 motoneuroni (elefanti africani)7. Proprio come la presa umana e l'uso della mano, le azioni della proboscide dell'elefante sono abili e fortemente lateralizzate8,9,10,11.

Esistono tre specie di elefanti esistenti: l'elefante africano della savana (Loxodonta africana), l'elefante africano della foresta (Loxodonta cyclotis) e l'elefante asiatico (Elephas maximus). Il nostro studio si concentra sugli elefanti asiatici e sugli elefanti della savana africana, qui indicati come elefanti africani. Gli elefanti africani e asiatici differiscono nella morfologia del tronco. Gli elefanti africani hanno due sporgenze triangolari sulla punta del tronco, le cosiddette dita dorsale e ventrale, mentre gli elefanti asiatici hanno solo un dito dorsale. È interessante notare che tali differenze morfologiche tra elefanti africani e asiatici corrispondono a differenze specie-specifiche nell'uso della proboscide: gli elefanti africani tendono a pizzicare gli oggetti con due dita e gli elefanti asiatici tendono ad afferrare/avvolgere oggetti con la proboscide12.

Le specializzazioni tattili degli elefanti non sono ben caratterizzate. A nostra conoscenza, la prima descrizione dei baffi sulla proboscide dell'elefante fu fornita da Fred Smith nel 1890. Nel suo studio anatomico della pelle dell'elefante, egli distinse tra due tipi di peli sulla pelle dell'elefante, pelo normale e setole e diede una breve descrizione descrizione anatomica del follicolo di quelle setole. Afferma inoltre che i follicoli più grandi si trovano nella regione del tronco13. Nel loro libro sull'anatomia della testa dell'elefante, gli autori Boas e Paulli confermano che i peli del labbro inferiore e alcuni peli della proboscide possono essere considerati dei veri e propri baffi3. I baffi o le vibrisse si distinguono dai capelli normali perché hanno un seno sanguigno associato al follicolo. Sprinz ha pubblicato un rapporto sulle dissezioni nervose sulla proboscide di un elefante asiatico combinato con osservazioni comportamentali e anatomiche su elefanti africani e asiatici viventi. Afferma che la maggior parte dei nervi da lui tracciati terminavano nei follicoli dei baffi della punta ventrale del tronco e conclude che i baffi sono la struttura principale per la trasmissione degli stimoli tattili nel tronco. Dalle sue osservazioni sugli elefanti vivi, ha dedotto che gli elefanti africani sembrano avere più baffi sulla proboscide degli elefanti asiatici e che gli elefanti reagiscono fortemente al tocco dei baffi14. Uno studio fondamentale di Rasmussen e Munger (1996) ha descritto la neuro-istologia sensoriale del dito della proboscide di un elefante asiatico, trovando varie terminazioni nervose e modelli di baffi15. I baffi di numerose specie strettamente imparentate, come gli iraci16 e i lamantini17,18, sono stati studiati in dettaglio. Il nostro studio è il primo a concentrarsi sui baffi della proboscide dell’elefante. La nostra analisi istologica dei follicoli di elefante ha seguito il lavoro pionieristico di Ebara et al. su ratti e gatti19 e mirava a chiarire le caratteristiche struttura-funzione dei follicoli dei baffi degli elefanti. Nello specifico, abbiamo posto le seguenti domande: 1. I baffi della proboscide degli elefanti africani e asiatici differiscono? 2. Quanti baffi ci sono nel tronco? 3. Qual è la distribuzione della lunghezza dei baffi degli elefanti e qual è lo spessore e la geometria dei baffi? 4. Come sono organizzati i follicoli dei baffi di elefante? 5. Come vengono innervati i follicoli dei baffi di elefante? 6. I baffi degli elefanti sbattono? 7. Quale potrebbe essere la funzione di specifici gruppi di baffi del tronco?