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Due forze principali hanno determinato la forma del cranio dei pipistrelli durante l’evoluzione: l’ecolocalizzazione e la dieta. Questa scoperta spiega almeno in parte l’ampia varietà che caratterizza le forme del cranio nei chirotteri e rivelano aspetti complessi riguardo le modalità con cui la pressione evolutiva può plasmare il corpo degli animali


I chirotteri (Ordine Chiroptera) costituiscono uno dei gruppi di mammiferi maggiormente diversificato (Pikaia ne ha parlato qui), con più di 1300 specie distribuite in tutto il mondo. Vista da vicino, ciascuna specie di pipistrelli appare piuttosto diversa dalle altre: alcune hanno grandi orecchie, altre sono dotate di nasi sofisticati o di lunghe mandibole. Con una tale diversità morfologica, essi rappresentano un’opportunità per comprendere quali spinte evolutive influiscono sulle forme assunte dagli animali.

Tale opportunità è stata colta da un team di biologi dell’Università di Washington, che ha focalizzato la propria attenzione sulla varietà delle forme del cranio dei chirotteri, analizzandola per esaminare possibili associazioni con specifici eventi nell’evoluzione dei pipistrelli quali modifiche nella dieta o l’adattamento a nuove nicchie ecologiche. I risultati dello studio sono stati pubblicati su Nature Communications.

I ricercatori hanno eseguito scansioni ad alta risoluzione dei crani di 203 specie di pipistrelli (tra cui Macroglossus sobrinus, Centurio senex e Choeronycteris mexicanus) provenienti dalle collezioni del Burke Museum, dell’American Museum of Natural History, del Field Museum, dello Smithsonian Institution e del Natural History Museum of Los Angeles County. Per la scansione hanno applicato la micro-CT (x-ray micro–computed tomography), tecnica di imaging 3D non distruttiva che sfrutta i raggi X per rilevare immagini molto dettagliate (risoluzione tra 5 e 150 μm) delle strutture morfologiche interne di un organismo. In questo modo sono stati in grado di raccogliere immagini relative alle mandibole di 191 specie e del cranio – che comprende mascella e scatola cranica – di 202 specie.

Successivamente, i biologi hanno combinato le informazioni raccolte con quelle riguardanti le relazioni evolutive tra le differenti specie di pipistrelli, mettendole in relazione con specifici eventi che hanno caratterizzato la loro evoluzione. Questa analisi ha permesso sia di confrontare le differenze nelle forme dei crani presenti all’interno delle varie linee evolutive dei chirotteri sia di focalizzare l’analisi su parti specifiche del cranio, come la mandibola. Quest’ultimo aspetto è importante in quanto ciascun elemento può possedere una o più funzioni: il cranio, per esempio, è deputato all’alimentazione, alla respirazione e alla protezione del cervello, mentre la mandibola è coinvolta solamente nell’alimentazione e per questo motivo può aver avuto maggior “libertà” nell’evolversi in risposta a stimoli legati alla dieta.

L’analisi ha rivelato che i motori della diversificazione della forma dei crani nelle varie famiglie di chirotteri sono stati due e che non hanno agito in modo uniforme sull’evoluzione: l’ecolocalizzazione ha avuto un maggiore effetto sul cranio, mentre la dieta ha influito maggiormente sulla forma della mandibola. L’ecolocalizzazione, fattore primario e più antico, è una strategia che la maggior parte dei pipistrelli – in particolare i Microchirotteri – usa per cacciare e spostarsi in ambienti poveri di luce: gli individui emettono ultrasuoni attraverso la laringe e captano e rielaborano gli echi restituiti dagli oggetti presenti nell’ambiente circostante (Pikaia ne ha parlato qui). Questo meccanismo si è evoluto nelle fasi precoci dell’evoluzione di questi mammiferi, almeno a partire da 52 milioni di anni fa; da allora, ciascuna famiglia di chirotteri ha perfezionato il proprio specifico meccanismo di ecolocalizzazione, per esempio emettendo gli ultrasuoni attraverso le narici invece che attraverso la bocca; i Megachirotteri hanno addirittura perso la capacità di ecolocalizzare attraverso la laringe.

A partire da circa 26 milioni di anni fa il principale motore evolutivo relativamente alla forma del cranio è diventata invece la dieta, ma non in tutti i chirotteri. Infatti, mentre alcune famiglie mostrano una certa uniformità nella dieta e comprendono solo specie che si nutrono di insetti, altre – come i pipistrelli con il naso a foglia (Fam. Phyllostomidae) – comprendono individui che si nutrono di diverse fonti di cibo: insetti, frutta, piccoli vertebrati, addirittura sangue. I pipistrelli appartenenti a questa famiglia, secondo i ricercatori, spiccano proprio per la loro straordinaria diversità nella dieta e nelle forme del cranio, che rappresentano un rapido adattamento indotto dalla radiazione in nicchie caratterizzate da disponibilità di cibo differenti.

Lo studio dei biologi dell’Università di Washington si colloca in un più ampio progetto – finanziato dalla National Science Foundation – volto a studiare l’influenza delle spinte evolutive sulla diversificazione dei crani appartenenti a differenti gruppi di mammiferi, inclusi chirotteri, primati e carnivori. Si tratta di studi che potrebbero determinare se lo schema visto nei pipistrelli possa applicarsi ad altre linee evolutive, inclusa quella dell’uomo.


Riferimenti:
Jessica H. Arbour, Abigail A. Curtis, Sharlene E. Santana. Signatures of echolocation and dietary ecology in the adaptive evolution of skull shape in bats. Nature Communications, 2019; 10 (1). DOI: 10.1038/s41467-019-09951-y

Immagine: Ernst Haeckel [Public domain], via Wikimedia Commons