Dimmi dove vieni deposto e ti dirò che forma hai

Alla base della grande varietà di forme e dimensioni delle uova degli Esapodi vi sarebbe soprattutto la grande variabilità degli ambienti di deposizione, che ha influito sull’evoluzione molto più di altri fattori legati allo sviluppo degli insetti. La scoperta è di un gruppo di ricercatori dell’Università di Harvard


La “taglia” è un fattore fondamentale in molti processi biologici: può influire sull’interazione di un organismo con un altro e con l’ambiente, si modifica in base ai caratteri morfologici e fisiologici e gli individui della stessa specie di dimensioni maggiori hanno spesso fitness più elevate.

Diverse ricerche hanno cercato di individuare quali forze macroevolutive siano all’origine della marcata diversificazione delle dimensioni degli animali; si pensa che i fattori maggiormente influenti siano di tipo ambientale, morfologico ed ecologico, ma la limitata disponibilità di dati relativi alla distribuzione filogenetica delle taglie ha precluso la possibilità di effettuare analisi sufficientemente esaustivi relativamente alle forze coinvolte. Un gruppo di ricercatori dell’Università di Harvard ha svolto e pubblicato uno studio su Nature riguardante dimensione e forma delle uova di Esapodi (Hexapoda), il gruppo di artropodi che include anche gli insetti, in cui si evidenzia come tali caratteristiche siano influenzate principalmente da fattori ecologici.

Le uova di insetto costituiscono un efficace sistema con cui testare ipotesi riguardanti la macroevoluzione: hanno morfologie straordinariamente assortite e possono essere facilmente confrontate usando caratteri quantitativi; i cambiamenti nella dimensione delle uova possono essere analizzati in relazione alle modifiche di altri aspetti della biologia degli organismi, tra cui la dimensione del corpo degli adulti e la dimensione del loro genoma. Le uova, inoltre, resistono a notevoli pressioni a livello fisiologico legate alla diversità di microambienti in cui possono essere deposte (acqua, aria, interno di piante e di animali).

Gli scienziati di Harvard hanno raccolto un set di dati pubblicati relativo a 6706 specie di insetti (appartenenti a 526 famiglie e ad ogni ordine di Esapodi esistenti descritto) e lo hanno combinato coi dati relativi alla filogenesi di alcuni loro caratteri, usandoli per descrivere l’attuale distribuzione di misura e forma delle uova. I risultati mostrano che le dimensioni delle uova spaziano all’interno di otto ordini di grandezza (in volume), rivelano che alcune forme si sono evolute solo in determinati gruppi e, soprattutto, che insetti distanti dal punto di vista filogenetico manifestano varie convergenze morfologiche avvenute in maniera indipendente.

In particolare, gli scienziati hanno voluto verificare se alcune ipotesi riguardanti il legame tra evoluzione di forma e dimensione delle uova e il loro sviluppo fossero applicabili anche alle uova di insetto. Incrociando studi embriologici pubblicati in precedenza e relazioni filogenetiche, hanno rilevato che non vi è alcuna relazione tra le dimensioni delle uova e la durata dell’embriogenesi e in particolare che ad una maggiore grandezza delle uova non corrisponde necessariamente una maggiore durata dell’embriogenesi.

Anche la diretta proporzionalità tra la dimensione delle uova e quelle dell’individuo adulto non è risultata generalizzabile per tutte le linee evolutive: in alcuni gruppi – per esempio gli odonati (Odonata) – insetti di dimensioni simili depongono uova di taglie diverse, mentre in altri – per esempio in alcuni imenotteri (Hymenoptera), come formiche, api e vespe – non si può escludere che vi sia una relazione isometrica tra dimensione dell’adulto e delle uova. L’ultima ipotesi testata legata allo sviluppo riguarda la dimensione del genoma: gli unici insetti caratterizzati da un genoma di grandi dimensioni e da uova relativamente grandi sono i Polineotteri (Polyneoptera), mentre le altre linee non mostrano un legame tra grandezza del genoma e delle uova.

Secondo lo studio, gli unici aspetti che  risultino realmente influenti rispetto a misura e forma delle uova sono quelli legati all’ecologia, in particolare ai microambienti in cui gli Esapodi depongono le uova. Tali ambienti sono caratterizzati da estrema variabilità: possono essere esposti all’aria, sommersi o galleggianti in acqua, essere rappresentati da un altro organismo vivente ospite (vegetale o animale). Ciascuno di questi ambienti pone differenti limitazioni e/o vantaggi per le uova, come l’accesso all’ossigeno e all’acqua durante lo sviluppo.

I biologi hanno analizzato due modalità di ovodeposizione: quella all’interno di un animale ospite (di tipo parassitario) e quella all’interno e sulla superficie dell’acqua. Ricostruendo cambiamenti ancestrali nella filogenesi di questi insetti, hanno scoperto che entrambe le modalità di ovodeposizione sono state acquisite e perdute varie volte nel corso del tempo in maniera indipendente. Si tratta di un’evoluzione convergente che ha permesso agli scienziati di verificare il legame tra nuovi ambienti di deposizione e modifiche nella dimensione e nella forma delle uova. In particolare lo spostamento verso la deposizione in acqua è associato ad una dimensione inferiore e di forma più “schiacciata”, mentre quello verso la deposizione in un organismo ospite è associato a uova piccole e di forma asimmetrica.

Gli aspetti ecologici rappresentano quindi il maggior motore per la diversificazione di forma e dimensione delle uova di Esapodi: questa conferma può rappresentare la base per futuri studi sull’evoluzione convergente che lega tra loro gli insetti.


Riferimenti:
Samuel H. Church, Seth Donoughe, Bruno A.S. De Medeiros, Cassandra G. Extavour. Insect egg size and shapeevolve with ecology but not developmental rate. Nature, 2019. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-019-1302-4

Immagine: Bugboy52.40 [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons