venerdì, Maggio 27, 2022

Le farfalle monarca e il segreto dell’evoluzione convergente

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Le farfalle monarca (Danaus plexippus) della famiglia Nymphalidae, sono ghiotte di piante del genere Asclepias.

Queste ultime sono erbacee perenni che vivono soprattutto in Nord America, ma anche in qualche zona dell’Africa.

Note come “milkweed” (erba lattiginosa) per via della loro secrezione, le piante contengono tossine altamente velenose per l’uomo, ma non per le farfalle animali.

Ciò si deve al fatto che le monarca, hanno evoluto un sistema per neutralizzare l’effetto del veleno.

I tipi di farfalla e la loro importanza

La farfalla è un insetto che, come le falene, appartiene all’ordine dei lepidotteri. Nel mondo ci sono oltre 158000 specie di lepidotteri (tra farfalle e falene). Tutti i tipi di farfalle, cioè i lepidotteri diurni, in Italia sono 290. In Puglia se ne contano ben 122. Le più comuni sono:

  • aglaia, che predilige i giardini e i prati fioriti;
  • cedronella, attirata dalle aree fiorite;
  • colia gialla, che preferisce i fiori e il trifoglio;
  • licena, attirata soprattutto dai prati verdi;
  • macaone e podalirio, che amano i fiori ricchi di nettare;
  • melitea, la cui caratteristica principale è che produce tre generazioni all’anno;
  • sfinge del gallio, che possiede una lunga spiritromba;
  • vanessa del cardo, una farfalla migratrice che predilige appunto il cardo.

Come animali farfalle fanno parte degli impollinatori. Perciò svolgono un ruolo importante nella conservazione degli ecosistemi e della biodiversità.

Perché le piante sono velenose per l’uomo? 

Quando le cellule delle piante vengono danneggiate, rilasciano una sostanza lattiginosa, che contiene delle tossine chiamate “cardenolidi.

Queste sostanze agiscono su un enzima presente nelle cellule di tutti gli animali, uomo compreso: la cosiddetta pompa sodio/potassio”.

La pompa è un canale attivo della membrana cellulare, essenziale per la trasmissione di impulsi elettrochimici tra le cellule. Fra le sue caratteristiche, la pompa serve a dettare il ritmo cardiaco e a regolare la trasmissione degli impulsi nervosi. 

Di conseguenza, quando la maggior parte degli animali (dotati di cuore) mangia un fiore di asclepiade, la pompa smette di funzionare e le tossine causano aritmia o arresti cardiaci. Perciò non esistono solo farfalle velenose ma anche le piante.

In Africa, tale peculiarità è ben nota ad alcune tribù di cacciatori/raccoglitori, che usano il “latte” di queste piante come veleno per le loro frecce.

Il segreto delle farfalle monarca? L’evoluzione convergente

farfalle monarca

Uno studio condotto dall’Università della California Riverside, (pubblicato lo scorso 23 novembre su Current Biology), ha svelato il segreto.

Come mai le farfalle monarca e i loro diretti predatori, sono immuni dal veleno? Stando al team di biologi molecolari, alcuni animali avrebbero scoperto il trucco delle piante. Di conseguenza lo avrebbero copiato”, attraverso una vera e propria evoluzione cellulare, che rende le loro pompe sodio/potassio immuni alle tossine.  

Questo espediente prende il nome di “evoluzione convergente o “cammino adattivo vincolato”. Esso ci dice che, alla mutazione di una specie, segue quella di altre specie a lei vincolate. Ed è questo che è accaduto durante la vita di una farfalla monaca.

Animali coinvolti nello studio sulle farfalle monarca

L’articolo pubblicato su Current Biology, ha evidenziato le mutazioni in quattro tipi di predatori della farfalla monarca:

  • il beccogrosso testanera (Pheucticus melanocephalus);
  • il topo cervo orientale (Peromyscus maniculatus);
  • la piccola vespa (Trichogramma pretiosum);
  • il nematode (verme cilindrico – Steinernema carpocapsae).

La ricerca ha evidenziato che la mutazione a livello molecolare è identica a tutti i livelli della rete trofica.

Questa, anche detta “rete alimentare”, indica “chi mangia chi” all’interno di un ecosistema.

Stando ai risultati dello studio è emerso che:

  • le piante producono la tossina;
  • le farfalle le mangiano perché sono resistenti;
  • i predatori delle farfalle possono nutrirsi perché anche loro sono immuni al veleno.

Come si è approdati al risultato?

Una scoperta illuminante: il sequenziamento del DNA delle farfalle

farfalle monarca

Da tempo i biologi stavano impazzendo dietro al rebus dell’immunità delle farfalle monarca, senza tuttavia approdare a risultati convincenti.

A dichiararlo Simon C. Groen, assistente professore di biologia dei sistemi evolutivi e coautore dello studio.

”Negli anni ’70 non c’erano i mezzi per scoprire cosa consentisse alle farfalle di sopravvivere”.

Ora, con il sequenziamento del genoma, possiamo farlo”, ha precisato lo studioso.

Come accennato, i ricercatori hanno preso le informazioni sulla sequenza del DNA dai database di una varietà di uccelli, vespe e vermi nematodi.

L’obiettivo era quello di scoprire se ci fosse qualche traccia di evoluzione degli aminoacidi nelle pompe di sodio.  

In effetti, si è trovato riscontro di questa mutazione.

Il compito della pompa sodio/potassio

Quando il sodio inonda le cellule, causando una scarica elettrica, le cellule del muscolo cardiaco si contraggono e quelle nervose si attivano.

Una volta che le contrazioni sono terminate, le cellule devono ripulirsi, quindi accendono” le loro pompe di sodio e lo espellono. Ciò ripristina l’equilibrio elettrico e riporta la cellula al suo stato normale, pronta per ripartire.

I cardenolidi presenti nella pianta sono nocivi, perché si legano a parti chiave di queste pompe e impediscono loro di svolgere il proprio lavoro. 

Effetto “a catena ecologica”

Altra importante scoperta dei ricercatori coinvolti nello studio, è che l’innovazione evolutiva delle farfalle monarca ha avuto un effetto “a catena ecologica”. 

Non solo la resistenza alla tossina ha aperto una nuova fonte di cibo, ma ha anche permesso alle farfalle di respingere i predatori. Per farlo, immagazzinano le tossine nei loro corpi.

Vediamo cosa succede.

Una questione di colori 

Gli uccelli tendono a scoprire (a proprie spese) quali insetti sono sgradevoli, per tentativi ed errori. 

Le farfalle monarca, hanno sviluppato una tavolozza di colori sgargianti sulle ali, quali il nero o l’arancione, come segno di avvertimento. 

Questi colori si sono evoluti per mettere in guardia i predatori circa la presenza di composti tossici.

Una volta che un uccello scopre che un insetto giallo, arancione o rosso è nocivo o semplicemente disgustoso, probabilmente starà alla larga da tutti loro.  

Conclusioni: Farfalle monarca a rischio estinzione? 

Vogliamo concludere, segnalando che questa farfalla dalla bellissima livrea, corre il rischio estinzione.

Nel 2017, la conta delle farfalle monarca aveva fatto registrare numeri decisamente bassi, inferiori alle 30mila unità. 

A dircelo è il censimento compiuto quest’anno dalla Xerces Society.

L’organizzazione, che si occupa della conservazione degli invertebrati, ci ha fornito un quadro ancora più desolante.

In totale, si sono contati 1.914 esemplari, in 246 siti costieri della California

Rispetto agli anni ’80, quando le farfalle monarca si riversavano a milioni sui rami degli alberi di eucalipto nella costa californiana, il declino è stato del 99,9%.

In Canada invece, dalla metà degli anni ’90 il numero di esemplari delle monarca orientali è calato dell‘80%.

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