L’importanza di essere olometaboli

La capacità di mutare dallo stadio larvale a quello adulto di alcuni insetti (Olometabolia) è la chiave dell’eccezionale successo evolutivo di questa classe di animali


Più di metà delle specie di animali note sono insetti. Che cos’è che li rende così speciali? Nel corso degli anni sono state proposte varie ipotesi: quella del vantaggio ecologico propone che gli antenati degli attuali insetti si siano trovati nel posto e nel momento giusto per approfittare di importanti variazioni ambientali; come per esempio le grandi estinzioni di massa, che ne hanno ridotto i potenziali competitori per le risorse, oppure come la comparsa delle piante dotate di fiori (angiosperme) nel corso del periodo Cretaceo, che avrebbe favorito la fitofagia.

L’ipotesi delle innovazioni chiave, d’altra parte, propone che in qualche momento dell’evoluzione della classe sia apparsa una notevole modificazione delle sue caratteristiche anatomiche, in grado di rendere tutti gli insetti più resistenti alle variazioni ecologiche sfavorevoli oppure di renderli capaci di occupare rapidamente nuove nicchie ecologiche. Queste innovazioni sarebbero comparse molto presto nell’evoluzione del gruppo e sarebbero quindi condivise da tutti i suoi membri, indipendentemente dagli adattamenti sviluppati dalle singole specie per sfruttare la loro nicchia ecologica. Tra le innovazioni più importanti troviamo il piano corporeo di base, lo sviluppo delle ali, l’evoluzione di ali pieghevoli e l’olometabolia (la capacità di passare dallo stadio do larva a quello adulto attraverso la metamorfosi).

Anche se in passato i ricercatori hanno raccolto un’abbondante documentazione sull’evoluzione degli insetti, sia di tipo fossile che di tipo molecolare, questi dati non erano fino ad ora stati esaminati sistematicamente. Alcuni ricercatori della University of York hanno esaminato con metodi matematici e statistici rispettivamente i dati fossili e quelli molecolari relativi all’evoluzione della classe Insecta.

In un primo studio, pubblicato sulla rivista Proceeding of the Royal Society B, il gruppo ha esaminato l’andamento evolutivo e il tasso di estinzione di gruppi tassonomici dotati di una determinata innovazione chiave in relazione a gruppi strettamente imparentati ma non dotati della medesima caratteristica. Vista l’impossibilità di stabilire il numero di specie dalla documentazione fossile, la ricerca ha misurato il numero di famiglie appartenenti a ogni gruppo. Nello specifico i ricercatori hanno confrontato gli esapodi (artropodi a sei arti diversi dagli insetti) con insetti apterigoti (senza ali) per stabilire l’importanza del piano corporeo, Apterigoti con Palaeopteri (insetti con ali rigide) per le ali, Palaeopteri con Neopteri (insetti dotati di ali ripiegabili) per le ali ripiegabili, e Neopteri con olometaboli per l’olometabolia. 

I risultati dimostrano un lieve aumento nell’evoluzione di nuove famiglie in seguito alla comparsa delle ali, anche se la velocità di estinzione è simile negli insetti dotati di ali rispetto a quelli che ne sono privi. L’ innovazione chiave che ha ridotto drasticamente il tasso d’estinzione, e permesso l’accumulo del gran numero di famiglie (e specie) di insetti oggi note, è risultata tuttavia l’olometabolia. Questa caratteristica è così significativa che il numero di famiglie note che la possiedono, fra viventi o estinte e misurato in funzione del tempo, presenta un andamento ad “S” e dopo un iniziale aumento esponenziale il loro incremento ha rallentato. Gli autori suppongono che dopo l’apparizione della loro mutazioni chiave, gli olometaboli si siano rapidamente avviati ad occupare tutte le nicchie ecologiche loro disponibili, mentre gli altri gruppi sono ancora ben lontani da questo risultato.

Questi risultati sono stati sostanzialmente confermati da un secondo studio su PLoS One che ha ricostruito il percorso evolutivo degli insetti dal punto di vista genetico e molecolare. L’analisi ha preso in considerazione 8 marcatori genetici tra DNA e RNA in specie viventi rappresentative di 903 delle 1100 famiglie note di esapodi. Pur concedendo una certa importanza anche alla comparsa delle angiosperme, anche in questo caso l’evoluzione delle ali e dell’olometabolia sono risultati essere gli eventi chiave nello sviluppo dell’attuale ricchezza dell’ordine Insecta.

Rimane da determinare in che modo l’olometabolia abbia contribuito in modo così determinante alla diversificazione degli insetti. Gli autori dei paper hanno ipotizzato che essa consenta a larve e adulti di sfruttare nicchie ecologiche distinte in momenti differenti della vita, oppure che il prolungamento dello stato di pupa possa aver permesso in più occasioni agli olometaboli di sfuggire a condizioni ambientali sfavorevoli. L’ultima parola potrà venire solo da future ricerche.

Daniele Paulis


Riferimenti:

Nicholson DB, Ross AJ, Mayhew PJ. Fossil evidence for key innovations in the evolution of insect diversity. Proc Biol Sci. B 2014 Oct 22;281(1793). 

Rainford JL, Hofreiter M, Nicholson DB, Mayhew PJ. Phylogenetic distribution of extant richness suggests metamorphosis is a key innovation driving diversification in insects. 
PLoS One. 2014 Oct 2;9(9):e109085.