Lo studio dell’anatomia degli animali e dei meccanismi che ne hanno guidato l’evoluzione morfologica caratterizza la biologia evoluzionistica sin dalle sue origini, così come è stata oggetto di indagine la velocità con cui determinati tratti hanno fatto la loro comparsa. Tra questi, l’evoluzione della capacità del morso dei carnivori ha affascinato generazioni di biologi evolutivi e di zoologi, che si sono interrogati, ad esempio, sui vantaggi legati all’avere un morso forte o veloce, dato che questa proprietà può avere importanti conseguenze sull’ecologia e sul comportamento dei mammiferi carnivori.

È infatti evidente che esiste un compromesso tra forza e velocità, nel senso che non si può “essere bravi in tutto” e, nello specifico, non si possono ottimizzare contemporaneamente sia la forza che la velocità. E questo pone la questione di quale sia l’impatto di questo trade-off sul processo evolutivo che ha prodotto la diversità nella forma del cranio dei mammiferi carnivori esistenti.

Una equipe internazionale, coordinata da Gabriele Sansalone (Università di Modena e Reggio Emilia) e Carmelo Fruciano (Università di Catania), ha condotto un importante studio per fornire una risposta a questo interessante problema. I risultati, pubblicati sulla rivista Nature Communications nell’articolo intitolato Unexpectedly uneven distribution of functional trade-offs explains cranial morphological diversity in carnivores, indicano che la velocità a cui si evolve la forma del cranio non è direttamente correlata con la velocità a cui si evolve la sua funzione (cioè quanto velocemente i carnivori modificano l’ottimizzazione del morso). Inoltre, l’equipe di ricerca ha indicato che i carnivori che hanno ottimizzato la velocità nel mordere hanno un cranio più variabile rispetto a quelli che hanno ottimizzato un morso forte.

“Questo ci suggerisce che non ci sia una relazione diretta tra forma e funzione, ma piuttosto che forme del cranio molto diverse fra loro (ad esempio, le iene che possono rompere ossa, i panda che possono mangiare bamboo ed i leoni che sono definiti ‘ipercarnivori’) possano produrre un morso di simile potenza”. (Gabriele Sansalone, Università di Modena e Reggio Emilia).

Per giungere a queste conclusioni il team di ricerca ha studiato la morfologia tridimensionale del cranio di 132 specie di carnivori individuando le caratteristiche che distinguono gli animali che hanno ottimizzato un morso veloce rispetto a quelli che si sono evoluti per ottimizzare un morso potente. I risultati suggeriscono che ci possano essere molti modi diversi per evolvere un morso veloce, ma ci siano decisamente meno vie per evolvere un morso forte.
Il team ha scoperto che la stessa relazione tra forza e velocità è presente anche nei carnivori marsupiali a suggerire che la tipologia di sviluppo, che è diversa nei marsupiali, non ha costituito un limite per l’evoluzione morfologica e funzionale dei marsupiali, cioè le regole seguite nell’evoluzione del cranio nei marsupiali sono analoghe a quelle osservate nei mammiferi placentati.

“I nostri risultati ci fanno capire che le specie che hanno evoluto un morso più forte sono in numero minore rispetto a quelle che hanno evoluto un morso più veloce, ma questo potrebbe semplicemente dipendere dal fatto che è meno probabile evolvere la forma del cranio associata ad un morso forte. La cosa interessante è che questo risultato ci dà anche una chiave di lettura più generale per capire come e perchè alcuni gruppi di animali siano più variabili morfologicamente rispetto ad altri” (Carmelo Fruciano, Università di Catania).

Riassumendo, i risultati ottenuti hanno evidenziato che la varietà di organismi che ci circonda è stata plasmata da sottili interconnessioni tra forma e funzione che hanno influito sul processo evolutivo. È pero interessante osservare che nell’evoluzione del cranio possiamo avere combinazioni multiple di tratti che si sono evolute a ritmi molto diversi producendo risultati funzionali simili, così come piccoli cambiamenti morfologici che hanno portato a cambiamenti sostanziali nella funzione di alcune parti del cranio.

Nel complesso, sebbene la diversità morfologica sia alla base delle differenti capacità dei carnivori di realizzare attività come catturare la preda e difendersi dai predatori o da specie competitrici, l’articolo di Sansalone e colleghi ci mostra che esistono precisi compromessi tra funzioni, che limitano l’evoluzione di alcune combinazioni di tratti. Inoltre è evidente che esistono numerose costrizioni nello sviluppo dei mammiferi, per cui è complesso (e infrequente!) evolvere la morfologia necessaria per avere un morso molto forte. Questi risultati suggeriscono anche la presenza di vincoli dovuti a compromessi che influenzano la quantità di diversità fenotipica osservata in natura è più comune di quanto si sia pensato sino a oggi.

Riferimenti:
Sansalone, G. et al. (2024) Unexpectedly uneven distribution of functional trade-offs explains cranial morphological diversity in carnivores. Nature Communications 15, e3275.

Immagine: Comunicato stampa Unimore.