La mosca, l’orecchio bionico, il grillo silenzioso e l’evoluzione che va veloce sulle isole

Una storia di parassitismo, coevoluzione, adattamento e isolamento: una storia di evoluzione sulle isole

In buona parte del Nord America è possibile incontrare una piccola mosca gialla, lunga pochi millimetri, chiamata Ormia ochracea. Ha abitudini notturne e, come spesso avviene per gli animali che sono attivi di notte, ha sviluppato un udito molto sensibile. Quello che rende straordinaria la sua capacità di percepire i suoni è il fatto che sia in grado di distinguere con grandissima precisione la loro direzione di provenienza: recenti studi hanno dimostrato che la sensibilità uditiva della mosca è tale da permetterle di identificare gli spostamenti di una sorgente sonora anche con uno scarto di soli due gradi. Se pensiamo che la caratteristica fisica necessaria per identificare con precisione la direzione di un suono è la distanza tra le orecchie, in un insetto di pochi millimetri questo risultato si rivela ancora più straordinario. Se i due timpani sono distanti solo due millimetri, infatti, la differenza di tempo nell’arrivo dello stesso suono ai due organi è di pochi milionesimi di secondo. Queste strutture, corrispondenti alle nostre orecchie, sono presenti sul protorace, in prossimità della testa dell’insetto, e rappresentano un caso più unico che raro: sono tra di loro interconnesse e, all’arrivo di un suono, iniziano a vibrare agendo come una sorta di altalena. Le due strutture riescono ad identificare le caratteristiche delle vibrazioni sonore, riconoscendo la direzione della loro sorgente. L’evoluzione di nuove connessioni tra i neuroni coinvolti nel processo ha reso possibile al cervello della piccola mosca l’elaborazione dei dati ricevuti.

Questo straordinario sistema di ricezione sonora ha attirato l’attenzione non soltanto di biologi e naturalisti, ma anche di ingegneri e medici: la possibilità di ricreare un tipo di struttura così piccola trova applicazioni pratiche nei sensori acustici per gli ipoudenti. Questi strumenti, infatti, amplificano i suoni ma non forniscono all’ascoltatore informazioni  dettagliate sulla loro direzione. E così, basandosi sull’anatomia della piccola mosca, si stanno oggi sviluppando nuove tecnologie da applicare ai microfoni direzionali. A partire da luglio 2015, a un gruppo di ricercatori dell’Università di Strathclyde in Scozia e del MRC/CSO Institute for Hearing Research  è stato concordato un finanziamento di 430.000 sterline dall’Engineering and Physical Sciences Research Council del Regno Unito, per creare e testare nuovi sistemi di supporto a chi ha problemi di udito. Una sorta di orecchio bionico basato sulla straordinaria struttura dell’insetto.

Ma questo non è che l’inizio della nostra storia. La piccola mosca non ha sviluppato questo super udito senza uno specifico scopo evolutivo: Ormia ochracea utilizza questa sua particolare abilità per identificare e individuare il frinire dei maschi di alcune specie di grilli. Trovata la vittima, la mosca deposita sul suo corpo le larve che divoreranno il malcapitato ospite dall’interno, fino alla sua morte. In questi casi non si parla di parassiti ma di parassitoidi: i parassiti veri e propri solitamente non uccidono la propria vittima.

Ma la storia dell’evoluzione ci insegna che a ogni mossa di un predatore corrisponde una contromossa della preda: ecco che, nel giro di pochi anni, una specie di grillo endemico di Australia e isole del Pacifico, Teleogryllus oceanicus, ha dovuto confrontarsi con la piccola mosca e le sue terribili larve. Portato dagli esseri umani sulle isole Hawaii, limite occidentale dell’areale di distribuzione della mosca, il grillo è diventato rapidamente una delle sue prede preferite.

Ma sulle isole, come già abbiamo visto in varie altre occasioni, la selezione naturale opera in maniera molto più rapida e drastica: o ti adatti subito o sei destinato a perire. Ed è così che nel giro di pochissimi anni (da fine anni Novanta ai primi anni Duemila, qualcosa come 20 sole generazioni di grilli) le popolazioni di Teleogryllus oceanicus sull’isola di Kauai hanno smesso di frinire: oltre il 90 % dei maschi dell’isola sono diventati silenziosi. Questo cambiamento è legato a una mutazione presente sul cromosoma sessuale X: nella specie le femmine hanno due cromosomi (XX) mentre i maschi solo uno (X). La mutazione riguarda la scomparsa nelle ali dei maschi di una spessa vena dentellata all’esterno che, sfregata con le zampe, emette il classico suono necessario ad attirare le femmine. Nei maschi mutanti, l’assenza della vena li rende silenziosi, portando loro un immediato successo evolutivo nei confronti dei predatori.

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Ma c’è un aspetto negativo, dato che un maschio di grillo che non emette suoni appare meno interessante agli occhi della femmina. Solitamente, quando avviene un incontro, il maschio emette una sorta di “canzone di corteggiamento” che serve a convincere la femmina ad accoppiarsi.  Questo significa che, venendo a mancare il supporto sonoro, i maschi silenziosi sono svantaggiati dal punto di vista riproduttivo. E questo nonostante l’indubbio vantaggio evolutivo dato dall’evitare gli attacchi della mosca predatrice. Le femmine dell’isola però appaiono meno selettive rispetto a quelle di altre isole. In questo caso l’evoluzione potrebbe aver selezionato femmine meno esigenti da questo punto di vista, oppure potrebbe essere avvenuto un classico “collo di bottiglia”: le popolazioni di grilli arrivati sull’isola, provenienti dall’Australia e dal sud Pacifico, potrebbero aver portato con sé soltanto una piccola parte del patrimonio genetico della specie. Come risultato, molti suoi caratteri tipici sarebbero andati perduti, e uno di questi potrebbe essere stato proprio il maggior interesse delle femmine per i maschi canterini. Su questo aspetto, gli studi genetici effettuati sui grilli di Kauai sembrano confermare tale ipotesi.

Ma c’è un altro aspetto, in tutta questa vicenda, estremamente interessante dal punto di vista evolutivo: eventi molto simili hanno iniziato a verificarsi in un’altra isola dell’arcipelago, Oahu, che dista circa 120 chilometri da Kauai. Anche qui la mosca parassitoide ha decimato le popolazioni del grillo, e anche qui è comparsa e si è diffusa una mutazione di maschi silenziosi. Alcuni scienziati hanno inizialmente ipotizzato che si trattasse di alcuni esemplari provenienti da Kauai, trasportati casualmente su navi o aerei. Sulla nuova isola i maschi, già geneticamente avvantaggiati, avrebbero trovato terreno fertile per riprodursi e moltiplicarsi.

All’analisi genetica di questi nuovi esemplari, però, è emersa un’altra realtà: si tratta di individui caratterizzati da una nuova mutazione, simile a quella di Kauai, ma comparsa indipendentemente da essa. La rapida diffusione dei maschi silenziosi è avvenuta anche su Oahu per la pressione selettiva esercitata dal predatore. Gli eventi paralleli sulle due isole hanno così fornito un esempio di un tipico fenomeno di biologia delle popolazioni, l’evoluzione convergente. Questa altro non è che l’evento per cui, in condizioni ambientali simili, individui con caratteristiche analoghe, che portano successo in termini evolutivi, tendono ad avere morfologie molto simili. Ma questi eventi hanno dimostrato un altro aspetto importante, ossia l’incredibile pressione evolutiva esercitata dagli ambienti insulari, dove la selezione naturale sembra veramente viaggiare ad altre velocità rispetto ai continenti. E i biologi sembrano aver apprezzato questo “parco giochi” evolutivo: decine di pubblicazioni, da fine anni Novanta ad oggi, hanno avuto come protagonisti la piccola mosca gialla e la sua preda preferita, il grillo silenzioso delle Hawaii.


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Nathan Bailey, flexiblephenotype.org [CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0)], via Wikimedia Commons