Riscoprire le ali

L’ultimo numero di Nature pubblica una notizia, che giudico estremamente interessante. Per molti motivi. Vediamo: prima di tutto riguarda i Membracidi. Se non sapete cosa sono, guardate la foto qui sopra. Qui c’è anche un pdf con un servizio fotografico su questi animali. Quello che caratterizza questi animali è l’espansione del primo segmento del torace (T1), espansione che gli entomologi


L’ultimo numero di Nature pubblica una notizia, che giudico estremamente interessante. Per molti motivi. Vediamo: prima di tutto riguarda i Membracidi. Se non sapete cosa sono, guardate la foto qui sopra. Qui c’è anche un pdf con un servizio fotografico su questi animali.

Quello che caratterizza questi animali è l’espansione del primo segmento del torace (T1), espansione che gli entomologi chiamano elmetto. Come si vede anche nel disegno, assume le forme più straordinarie: ci sono elmetti a scudo, a punta, a doppia e tripla punta, a sfera con le punte, ad antenna, a foglia, con i colori più strani. Sono uno dei tratti a cui è più proficuo applicare i quattro perché di Niko Tinbergen (qui si trova anche l’articolo originale da cui sono nati i perché; una lettura indispensabile per coloro che vogliono parlare con cognizione di causa di etologia ed evoluzione). Dunque, Tinbergen fa ricadere le spiegazioni di ogni adattamento in quattro categorie: quelle che ci interessano dal punto di vista dell’articolo e degli elmetti dei Membracidi sono le cosiddette cause ultime o evolutive, cioè la funzione e la filogenesi (anche se per scoprire cosa c’è sotto si farà ricorso anche all’ontogenesi).

Per il primo caso, gli entomologi si sono sbizzarriti: l’elmetto potrebbe servire come difesa (che mangia quegli animaletti con le spine?), come mimetismo (come vedete sopra ce n’è uno a forma di foglia, e il quarto dall’alto della colonna a destra sembra una formica), per il corteggiamento o, ultima ipotesi, come strumento per la dispersione di calore. Gli insetti infatti si muovono nelle ore più calde della giornata, quando fa troppo caldo per i predatori. Sia come sia, tutti avevano interpretato le espansioni come semplici escrescenze della copertura chitinosa del torace. Non convinti, i ricercatori (francesi e americani) hanno voluto fare un’analisi approfondita.

E hanno scoperto alcune cose interessanti: prima di tutto che, a differenza di altre strutture, l’elmetto non è una semplice escrescenza del torace, ma è collegato al torace stesso attraverso articolazioni complesse. Proprio come accade alle ali, presenti però solo nei segmenti T2 e T3 del torace. Poi hanno scoperto nelle ninfe che nonostante le apparenze questi elmetti non sono strutture singole, ma che nascono come primordia bilaterali che poi si uniscono con la crescita. Sono quindi, nelle loro parole “dorsal appendages with a bilateral origin”. Poiché però le uniche appendici dorsali negli insetti sono ancora una volta le ali, il passo successivo è stato quello di esaminare la possibilità che fossero strutture omologhe proprio alle ali, fuse durante lo sviluppo. Per fare questo si sono rivolti alla genetica dello sviluppo. E hanno scoperto che uno dei fattori di sviluppo che partecipano alla formazione delle ali, che si chiama Nubbin, è presente anche negli elmetti, insieme ad altri fattori. Perché allora negli altri insetti non ci sono appendici sul primo segmento toracico? Qui ci si rivolge alla filogenesi, e si scopre che i primi insetti avevano ali anche lì: per esempio Stenodyctya lobata aveva proprio sei ali. Man mano che il tempo passava, però, l’evoluzione aveva eliminato le ali del primo segmento, e le appendici per volare erano solo nel secondo e nel terzo. Perché lo abbia fatto (parlo come se l’evoluzione fosse un’entità cosciente, ma tutti sanno che è solo una metafora. Spero)

Come molti lettori astuti hanno già capito, nel processo sono coinvolti i geni Hox, in particolare uno che si chiama Sex combs reduced (Scr), che reprime la formazione delle ali nel primo segmento degli insetti. Questo gene però non ha alcuna azione nei Membracidi, perché il programma di sviluppo delle ali non risponde alla repressione da parte di Scr. Il programma stesso (fai crescere le appendici superiori solo sui segmenti lontani dalla testa) sembra però il modo migliore per “trattare” le ali, tanto che è diffuso in tutti gli altri insetti. Solo i Membracidi hanno scoperto che si potrebbe utilizzare lo stesso programma di sviluppo non per produrre ali, ma per creare appendici diverse, e con tutt’altro uso. Che il sistema sia interessante, lo dimostra il fatto che in questo gruppo, nel giro di soli 40 milioni di anni, hanno sviluppato una diversità di elmetti straordinaria. Un’idea degli autori è che, a differenza delle ali, che devono avere una struttura con dei constraint molto forti (non si può volare con un’ala troppo sottile, o troppo spessa, o troppo larga) questi elmetti erano liberi di sbizzarrirsi nelle forme più strane e di prendere quindi altre funzioni.

Cosa ricavare da questa parabola? Che l’evoluzione non funziona solo dimagrendo dei corpi e facendoli diventare più efficienti e meno affamati di risorse (quindi, più “evoluti”), ma che ogni tanto riscopre elementi a lungo silenti (in questo caso per 250 milioni di anni) per utilizzarli a suo piacimento, sbloccandone per esempio lo sviluppo. Non tutto, come sembra credere il dottor Bellieni, deriva da evoluzione mirata attraverso l’epigenetica (qualsiasi cosa questa frase voglia dire).


Riferimenti:
Prud’homme, B., Minervino, C., Hocine, M., Cande, J., Aouane, A., Dufour, H., Kassner, V., & Gompel, N. (2011). Body plan innovation in treehoppers through the evolution of an extra wing-like appendage Nature, 473 (7345), 83-86 DOI: 10.1038/nature09977

Immagine: Copyright Nicolas Gompel, da Nature

Tratto da Leucophaea, il blog di Marco Ferrari