Radiazioni adattive in laboratorio

Un recente studio ha mostrato come il comportamento che hanno gli uccelli di lisciarsi le penne con il becco (preening) è una forte pressione selettiva che spinge il mimetismo divergente nei pidocchi delle piume


Il concetto di radiazione adattativa era già stato ipotizzato da Charles Darwin quando nelle Galapagos vide la grande varietà di specie simili ma con caratteristiche diverse da isola a isola, come i fringuelli con una moltitudine di becchi differenti (Pikaia ne ha parlato qui). I cosiddetti fringuelli di Darwin sono un emblema di radiazione adattativa, che descrive quando organismi provenienti da un unico lignaggio evolvono adattamenti diversi in risposta a pressioni selettive diverse in un tempo relativamente breve (Pikaia ne ha parlato qui).

Gli scienziati pensano che le radiazioni adattative siano tra le principali cause della biodiversità sulla Terra; tuttavia la maggior parte degli studi si concentra su gruppi che sono già diversificati. Un nuovo studio tenta l’approccio opposto, realizzando sperimentalmente una radiazione adattativa in laboratorio su un gruppo di parassiti del piumaggio degli uccelli. Le radiazioni adattive più visibili si riscontrano negli arcipelaghi: le linee filogenetiche di piante e animali si diversificano rapidamente quando l’oceano limita il flusso genico e il movimento degli esemplari. I parassiti sono limitati alle singole specie ospiti (come se fossero delle isole) e probabilmente si adattano e diversificano come organismi insulari. La difesa dell’ospite sembra essere il principale motore delle radiazioni adattive nei parassiti.

Un gruppo di biologi dell’Università dello Utah, guidati dai ricercatori Sarah Bush e Dale Clayton, ha provocato sperimentalmente radiazioni adattative, lavorando con un sistema ospite-parassita relativamente facile da manipolare: i piccioni (Colombia livia) e i loro pidocchi (Columbicola columbae). I pidocchi (grandi quanto semi di sesamo) sono specializzati al consumo dei tessuti delle piume; non toccano mai la pelle dell’uccello e hanno speciali batteri intestinali per digerire le piume ricche di cheratina. I piccioni si difendono principalmente curando le piume grazie al comportamento chiamato preening, attraverso cui gli si lisciano il piumaggio con le secrezioni di una specifica ghiandola (uropigio). A loro volta, i pidocchi si nascondono dai becchi grazie al mimetismo con il colore delle piume: una strategia nota come colorazione criptica.

Nello studio in questione, pubblicato sulla rivista Evolution Letters, gli scienziati hanno trasferito pidocchi di diversi colori su piccioni dal piumaggio di livrea diversa e ne hanno tracciato l’evoluzione nel corso di quattro anni e 60 generazioni. Nel complesso, i risultati mostrano che i discendenti di una singola popolazione di pidocchi si sono adattati rapidamente e hanno evoluto colorazioni divergenti, paragonabili all’intera gamma di colori del genere di pidocchi trovato su 300 specie di uccelli in tutto il mondo, in risposta alla cura del piumaggio.

Per giungere a tali conclusioni, quindi per testare se il preening spingesse l’evoluzione della colorazione criptica, il gruppo aveva bisogno di dimostrare che stavano accadendo tre eventi: in primo luogo, c’era una pressione selettiva che guidava i cambiamenti di colore. Secondo, che esistesse una variazione genetica per diversi fenotipi di colore. In terzo luogo, il cambiamento di colore doveva essere ereditabile, trasmesso dai genitori alla prole.

Inizialmente biologi hanno dimostrato che gli uccelli si basano sulla vista per scovare ed eliminare i parassiti con il becco. Per l’esperimento, i biologi hanno iniziato con una singola popolazione di pidocchi e hanno dipinto il loro dorso: metà di nero e metà di bianco. Successivamente hanno distribuito uniformemente i pidocchi a otto piccioni neri e otto colombi bianchi, lasciando che gli uccelli si curassero per 48 ore prima di contare quanti pidocchi bianchi e neri erano rimasti sui rispettivi ospiti.

Hanno scoperto che i pidocchi dipinti con il colore “sbagliato” (i pidocchi neri sulle piume bianche e viceversa) hanno il 40% in più di probabilità di essere eliminati rispetto ai pidocchi colorati in modo criptico. L’esperimento è poi stato ripetuto, ma con piccioni bianchi e neri ai quali era impedito di chiudere la punta del becco grazie a dei cappucci in plastica proprio sulla punta. Dopo 48 ore, hanno scoperto che gli uccelli, non riuscendo a curare le penne, non avevano intaccato gli esemplari di pidocchi ben visibili sulle loro penne. Ciò dimostra che il preening è a tutti gli effetti una pressione selettiva per la sopravvivenza dei pidocchi.

L’esperimento è proseguito infestando poi 96 piccioni senza pidocchi con pidocchi non colorati: 32 piccioni bianchi, 32 neri e 32 grigi hanno ricevuto 25 pidocchi ciascuno. All’interno di ciascun gruppo di piccioni, a metà degli uccelli è stato permesso di lisciarsi le penne normalmente mentre all’altra metà è stata impedita la corretta pulizia delle piume. I pidocchi sono rimasti su questi uccelli per l’intero corso dell’esperimento (durato ben quattro anni) che ha portato come risultato circa 60 generazioni di prole. Ogni sei mesi i biologi campionavano i pidocchi e scattavano fotografie per analizzare la gradazione di colore (dal chiaro allo scuro) dei parassiti, quindi li rimettevano sugli uccelli.

Il colore dei pidocchi sui piccioni bianchi e neri cambiava significativamente rispetto al colore dei pidocchi sui piccioni grigi di controllo: le popolazioni di pidocchi sui piccioni bianchi diventavano significativamente più chiare, mentre quelle sugli uccelli neri diventavano più scure. Alla fine dell’esperimento, i pidocchi più chiari sui colombi bianchi erano chiari come la più chiara specie di pidocchi dell’intero genere.

Infine, i ricercatori hanno aggiunto l’ultimo pezzo del puzzle, dimostrando che i cambiamenti di colore erano ereditabili. Il colore dei discendenti dei pidocchi era infatti molto simile a quello dei loro predecessori.

Questo è il primo studio a dimostrare che i cambiamenti evolutivi avvenuti all’interno di una singola specie (microevoluzione) riflette i cambiamenti di colore tra le diverse specie che divergevano milioni di anni fa (macroevoluzione).


Fonti
Sarah E. Bush, Scott M. Villa, Juan C. Altuna, Kevin P. Johnson, Michael D. Shapiro, Dale H. Clayton. Host defense triggers rapid adaptive radiation in experimentally evolving parasites. Evolution Letters, 2019; DOI: 10.1002/evl3.104


Immagine: Doc. RNDr. Josef Reischig, CSc. [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons