La coevoluzione è un fenomeno che coinvolge due o più specie interagenti nello stesso ecosistema, nel quale ciascuna influenza l’evoluzione delle caratteristiche delle altre. Nel caso di rapporti mutualistici, dove due specie traggono reciproco vantaggio ciascuna dalla presenza dell’altra, questo porta a massimizzare la fitness di entrambe. Nel caso delle piante e dei loro impollinatori, la coevoluzione porta a estreme specializzazioni degli impollinatori alla forma dei fiori. Il primo a compiere osservazioni a riguardo fu Charles Darwin, che nel 1862 ipotizzò l’esistenza di un insetto con una proboscide particolarmente lunga capace di impollinare l’orchidea cometa, originaria del Madagascar. La previsione si rivelò poi corretta con la scoperta della sfinge di Morgan (Xanthopan morgani), che ha una proboscide lunga circa 22 centimetri.  

Quando una pianta e il suo impollinatore evolvono insieme, possono arrivare a formare un sistema altamente specializzato in cui ciascuno è adattato fortemente alle caratteristiche dell’altro. Questo ha degli innegabili benefici: per la pianta le probabilità di impollinazione aumentano in quanto il polline non viene disperso su specie diverse, mentre l’insetto impollinatore ha un vantaggio in termini competitivi su altri insetti che, per le loro caratteristiche morfologiche (come ad esempio la proboscide) raggiungono ed estraggono il nettare dal fiore con più difficoltà. L’elevata specializzazione comporta però anche dei rischi, perché le due specie diventano dipendenti l’una dall’altra. La pianta non riesce a riprodursi senza quello specifico impollinatore, e quest’ultimo fatica a trovare il nettare per nutrirsi in assenza della pianta a cui si è adattato.

Un esempio che illustra bene questa situazione è rappresentato da Manduca sexta, detta anche sfinge del tabacco. Questa specie di falena è generalista e si può servire di un certo numero di fiori. Tuttavia, è più grossa di altre specie di falene e per librarsi di fronte a un fiore sbatte le ali circa 30 volte al secondo generando un notevole dispendio di energia, che viene compensato solo se la falena non spreca troppo tempo attorno a fiori dei quali ha difficoltà a raggiungere il nettare. Per questo motivo, lo studioso di neuroetologia Markus Knaden ha supposto che dovesse esistere un fiore a cui la sfinge del tabacco è particolarmente adattata.

Per verificare questa ipotesi, Knaden e alcuni colleghi del Max Planck Institute for Chemical Ecology di Jena, tramite una piccola galleria del vento, hanno condotto uno studio molto articolato, pubblicato su Nature Communications, in cui hanno misurato il guadagno energetico ottenuto da Manduca sexta dalla visita di diverse specie di Nicotiana (il genere a cui appartengono le piante del tabacco). L’energia spesa battendo le ali è stata valutata dalla quantità di anidride carbonica esalata dagli insetti, mentre grazie a tecniche di chimica analitica è stato stimato il contenuto energetico del nettare in ogni fiore. Le varie specie di Nicotiana utilizzate hanno corolle di varie lunghezze, da circa 1,5 a oltre 11 centimetri. Si è osservato che, anche se i fiori più lunghi contengono più nettare, quello dei fiori corti è più concentrato, di modo che contenuto energetico di tutti i fiori è pressappoco equivalente; il nettare non può dunque essere il fattore discriminante nella scelta del fiore da parte della sfinge del tabacco.

Il team di ricerca ha dunque approfondito l’analisi seguendo il volo delle falene tramite una serie di fotocamere. Inoltre, è stato possibile visualizzare le molecole odorose emesse dai fiori, con l’idea di correlare la loro distribuzione con le traiettorie delle falene.

Poiché le falene usate nell’esperimento percepivano gli odori per la prima volta, la reazione conseguente doveva essere un comportamento innato. Le sfingi del tabacco si dimostrarono particolarmente ricettive all’odore di Nicotiana alata, che ha una corolla lunga circa 7,5 cm, e si diressero immediatamente verso di essa non appena lo percepirono. Si trattava dei fiori in rapporto ai quali la dimensione della proboscide delle falene era ottimale; negli altri casi, la corolla era troppo lunga o troppo corta e questo creava difficoltà nel reperimento del nettare con conseguente alto dispendio di energia per librarsi di fronte ai fiori. In definitiva, solo dirigendosi verso N. alata la sfinge del tabacco poteva mantenere in attivo il bilancio energetico.

“Abbiamo dimostrato che la coevoluzione, nel caso di Manduca sexta e Nicotiana alata, ha portato non solo a una lunga proboscide nella falena, adattata al fiore, ma anche a una preferenza per l’odore emanato dal fiore di quella specifica pianta, con grande vantaggio per la falena che massimizza il suo guadagno energetico” ha concluso Knaden. Lo studio di sistemi altamente specializzati in seguito a coevoluzione può avere importanti risvolti nel caso in cui uno dei due sia a rischio di estinzione, poiché questo può avere conseguenze sui raccolti e sulla varietà di piante a scopo alimentare per gli umani. 


Riferimenti:
Alexander Haverkamp, Julia Bing, Elisa Badeke, Bill S. Hansson, Markus Knaden. Innate olfactory preferences for flowers matching proboscis length ensure optimal energy gain in a hawkmoth. Nature Communications, 2016; 7: 11644 DOI: 10.1038/NCOMMS11644