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Conviviamo?

12 febbraio 2011 in dendrite by Elena | 1 comment

Questo post compare nell’ambito della seconda edizione della biodiversità, a cui il nostro blog è onorato di partecipare, il cui tema è “Biodiversità e adattamenti: la lotta costante per il cibo e per lo spazio”, appositamente scelto per celebrare l’anniversario della nascita di Darwin. I post degli altri blog scritti in occasione di questa iniziativa sono reperibili qui

In questo post ho voluto affrontare la problematica della coesistenza tra specie che condividono la medesima nicchia trofica e spaziale.
Quando due specie condividono lo stesso habitat e si nutrono con gli stessi alimenti entrano in competizione. Questa competizione può condurre a due risultati:

  • esclusione competitiva, quando una delle due specie esclude l’altra dal sistema;
  • coesistenza interspecifica, quando le due specie slittano la propria nicchia trofica riducendo la sovrapposizione con quella dell’altra specie.

    • Proprio in onore di Darwin, ho pensato di scegliere come modello per spiegare questi due fenomeni i fringuelli delle Galapagos, che egli stesso ha osservato durante i suoi viaggi e che hanno ispirato la stesura dell’opera “L’origine della specie”.

    Le Galapagos sono un arcipelago costituito da 14 isole vulcaniche situate nell’Oceano Pacifico a circa 1000 km dalla costa occidentale dell’America del Sud. Sono isole estremamente ricche da un punto di vista naturalistico in quanto ospitano numerosissime specie endemiche sia di flora che di fauna. In particolare, ospitano 14 diverse specie di fringuelli ormai conosciuti come fringuelli di Darwin.
    Le isole rappresentano un ambiente fortemente selettivo, sia perchè lo spazio è limitato sia perchè gli habitat presenti su queste isole sono estremamente inospitali: ad esempio sull’isola di Santa Cruz ci sono foreste di cactus e addirittura l’isola di Daphne minor è desertica. Queste condizioni estreme hanno quindi esercitato una fortissima pressione evolutiva sul fringuello progenitore che ha colonizzato le isole Galapagos.

    I fringuelli sono stati distinti in 3 grandi gruppi:

  • fringuelli arboricoli, appartenenti al genere Camarhynchus e Cactospiza; a questo gruppo appartiene anche Platyspiza, che però è filogeneticamente distante dagli altri;
  • fringuelli terricoli, appartenenti al genere Geospiza;
  • fringuelli canori appartenenti ai generi Pinaroloxias e Certhidea, due generi molto distanti filogeneticamente.

    Fringuelli di Darwin
    (Immagine tratta da qui)

    Concentriamoci ora sul genere Geospiza. Comprende 6 specie, ciascuna delle quali presenta una diversa forma del becco:

  • Geospiza conirostris = fringuello terricolo grosso dei cactus;
  • Geospiza scadens = fringuello terricolo dei cactus;
  • Geospiza fuliginosa = fringuello terricolo piccolo;
  • Geospiza fortis = fringuello terricolo medio;
  • Geospiza magnirostris = fringuello terricolo grosso;
  • Geospiza difficilis = fringuello terricolo beccotagliente.

    I fringuelli dei cactus si nutrono di cactacee, mentre gli altri fringuelli terricoli si nutrono di semi e bacche.
    I 2 fringuelli dei cactus sono un ottimo esempio di esclusione competitiva: se andiamo ad osservare la distribuzione di Geospiza scadens e di Geospiza conirostris vedremo che il primo è totalmente assente dalle isole di Espanola, Darwin, Genovesa e Wolf, dove invece è presente la seconda specie. E’ estremamente improbabile che Geospiza scadens non sia mai arrivato su queste isole, dal momento che i bracci di mare compresi tra le isole non rappresentano una barriera per gli uccelli, i quali sono in grado di superarli in volo; è invece plausibile che entrambe le specie avessero raggiunto le isole e che Geospiza conirostris abbia escluso Geospiza scadens dal sistema.
    Se invece consideriamo gli altri fringuelli terricoli, la situazione è ancora più interessante. Prendiamo il caso di Geospiza fuliginosa e Geospiza fortis: quando si trovano in condizioni di allopatria, vivono cioè separati su isole diverse, Geospiza fortis a Daphne Major e Geospiza fuliginosa a Los Hermanos, si nutrono di semi delle stesse dimensioni e presentano dimensioni del becco quasi uguali; quando invece si trovano a convivere, come capita sull’isola di Santa Cruz, anzichè andare incontro ad esclusione competitiva, come si verifica nel caso dei fringuelli dei cactus, si osserva uno slittamento della nicchia trofica, ovvero Geospiza fortis si nutre di semi più grandi e Geospiza fuliginosa si nutre di semi più piccoli. L’aspetto molto interessante della faccenda è che allo slittamento della nicchia trofica consegue uno slittamento dei caratteri morfologici, ovvero le dimensioni del becco di Geospiza fortis sono maggior rispetto a quelle che presenta sull’isola di Daphne Major e le dimensioni del becco di Geospiza fuliginosa sono più piccole rispetto a quelle che presenta sull’isola di Los Hermanos. Questo ci porta a trarre un’importante conclusione: lo slittamento della nicchia trofica può essere una causa di speciazione. Infatti, se i caratteri coinvolti nell’alimentazione, come la forma del becco, sono ereditari, la modificazione della nicchia trofica esercita su questi caratteri una pressione evolutiva. Nell’ipotesi che le popolazioni di Geospiza fortis di Daphne Major e di Santa Cruz non si ibridino più tra loro, potranno originarsi due specie distinte, e lo stesso discorso vale per le popolazioni di Geospiza fuliginosa di Santa Cruz e Los Hermanos.
    Un esempio simile a quello appena visto per i due fringuelli terricoli è quello della popolazione ancestrale che diede origine ai fringuelli arboricoli e a quelli terricoli. Se osserviamo l’albero filogenetico ricostruito dai Grant notiamo che i fringuelli arboricoli e terricoli hanno avuto origine da un progenitore comune.
    albero filogenetico(Immagine tratta da qui)
    Possiamo immaginare che una popolazione del fringuello ancestrale proveniente dalla terraferma abbia invaso le isole delle Galapagos. Sulle isole la competizione intraspecifica, ovvero tra individui appartenenti alla stessa specie, avrebbe spinto alla segregazione spaziale: una sottopopolazione si sarebbe stabilita sugli alberi e una a terra. Successivamente, gli individui avrebbero cominciato ad accoppiarsi solo con altri individui che condividevano la loro medesima nicchia spaziale e si sarebbe così verificata la speciazione che ha portato alle due linee filetiche dei fringuelli arboricoli e di quelli terricoli. Questo è di nuovo un esempio di coesistenza interspecifica e di nuovo l’aspetto interessante è che lo slittamento della nicchia spaziale ha esercitato una pressione selettiva tale da generare un fenomeno di speciazione.

    Possiamo quindi concludere che la coesistenza di individui appartenenti a specie diverse è possibile solo quando non condividono le risorse trofiche e spaziali. Qualora questo accada, l’unico modo per poter coesistere è modificare la propria nicchia ecologica, in modo da ridurre la sovrapposizione. Se questo slittamento nell’utilizzo delle risorse esercita in qualche modo una pressione selettiva su caratteri morfologici ereditabili geneticamente, allora potrà addirittura verificarsi un fenomeno di speciazione e otterremo due specie diverse da quelle che inizialmente si sono trovate a coesistere.

    Quanto esposto in questo post è una semplificazione di ciò che è il processo evolutivo dei fringuelli di Darwin e del magnifico mondo delle Galapagos. Se siete interessati a quest’argomento vi consiglio di approfondirlo con gli articoli pubblicati dai coniugi Grant che hanno studiato questi affascinanti animali per circa 30 anni e di Jeffrey Podos, il quale ha studiato le differenze di canto nelle diverse specie di fringuelli e come queste siano correlate al fenomeno di speciazione.

    Bibliografia consigliata:
    Grant, P. R., Grant, B. R. “L’evoluzione imprevedibile dei fringuelli di Darwin”
    Podos, J. “Correlated evolution of morphology and vocal signal structure in Darwin’s finches”, Nature, 2001, Vol. 409

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    Storia di un’ameba sociale

    23 maggio 2010 in dendrite by Elena | 7 comments

    Visto che è stato tirato in ballo questo argomento nei commenti al post sull’apoptosi di Manuel, eccovi qua l’affascinantissima storia di un’ameba sociale!

    Penso che nell’immaginario comune le amebe siano viste come una sorta di blob che si sposta strisciando e che può causare dissenterie… in realtà, esistono migliaia di amebe molto diverse tra loro e la maggior parte non causa nessun tipo di malattia all’uomo. E quella che vi sto presentare è molto speciale!

    Dictyostelium discoideum, per gli amici Dicty, è un’ameba che si trova normalmente nel terriccio e che si nutre di batteri. In condizioni normali la sua vita è alquanto noiosa: va a caccia di cibo, mangia e si riproduce per via asessuale. Quando però si riproduce troppo in fretta, i batteri di cui si nutre non sono più sufficienti a sfamare tutte le amebe e queste entrano in stato di “carestia” (in inglese “starving”). A questo punto cominciano a produrre AMP ciclico, una molecola che si comporta da messaggero, che viene recepito dalle altre amebe, le quali lo producono a loro volta provocando un fenomeno di amplificazione del segnale. L’AMP ciclico le porta ad aggregarsi tutte in un unico punto e, una volta aggregate, formano una struttura detta “lumaca”. Attraverso un’altra sequenza di segnali chimici si organizzano a costituire un corpo fruttifero, ovvero una struttura in cui circa il 20% delle amebe  che costituivano la lumaca formeranno il “gambo” , mentre il restante 80% sporifica e andrà a costituire il “fiore”. Le amebe che costituiscono il gambo muoiono mentre quelle che si trovano nel fiore rilasciano le loro spore che andranno a cadere in luoghi distanti (a un’ameba bastano 10 cm più in là) dove ci sarà abbondanza di batteri di cui nutrirsi. Lo scopo del corpo fruttifero è proprio quello di sollevare le spore dal suolo per permettere loro di disperdersi meglio.

    Quest’ameba è semplicemente spettacolare per chi si occupa di evoluzione! Innanzitutto, incontriamo una forma di comunicazione tra organismi che collaborano e cooperano tra loro; in secondo luogo, quando si aggregano, costituiscono un primitivo organismo pluricellulare, in quanto si comportano come se fossero un tutt’uno e ogni cellula ha un ruolo predefinito. Addirittura, in termini poco scientifici, si può dire che le cellule del gambo si sacrificano per la sopravvivenza della specie. Inoltre, per ricollegarmi al post di Manuel, abbiamo una forma di apoptosi in organismi unicellulari, che si osserva appunto nelle cellule del gambo.

    Ma la parte migliore arriva adesso: tra queste amebe possono nascondersi dei chaeters! I cheaters (in italiano si potrebbe tradurre con “bari”) sono degli individui mutanti che non entrano mai a fare parte del gambo, ma formano sempre le spore. Di nuovo parlando in termini poco scientifici, li potremmo definire organismi egoisti. Questi individui hanno subito delle mutazioni per cui riescono a eludere i segnali che li porterebbero a costituire il gambo: il loro programma genetico permette loro solo di sporificare e formare il fiore.

    La domanda che ha tormentato gli evoluzionisti quando hanno scoperto questo fenomeno è questa: dal momento che il genotipo cheater riesce sempre a riprodursi dovrebbe essere avvantaggiato rispetto al genotipo normale, quindi perchè non prende il sopravvento e non porta l’altro genotipo all’estinzione? In realtà, il genotipo cheater è avvantaggiato fintanto che ci sono altri individui che costituiscono il gambo, per cui se il genotipo cheater prendesse il sopravvento porterebbe l’intera specie all’estinzione. Infatti, se avessimo una popolazione di soli cheaters, nessun individuo sarebbe in grado di formare il gambo e, in caso di carestia, sarebbero destinati a morire tutti. Quindi i cheaters possono sopravvivere solo se coesistono con il genotipo normale.

    Il fatto di dover convivere con vicini così scomodi, ha fatto sì che, tra gli individui con genotipo normale, siano stati favoriti mutanti in grado di resistere ai cheaters; a sua volta, questo fenomeno esercita una pressione selettiva sui cheaters tale da favorire solo quei ceppi che riescono a eludere i sistemi di difesa degli organismi con genotipo normale. Quindi le interazioni tra individui chaeters e non cheaters hanno generato una sorta di “corsa alle armi”, in cui entrambe le parti sviluppano sempre nuove strategie per non essere sopraffatti dall’avversario.

    La storia che ho raccontato in questo post è un riassunto molto conciso e semplificato di un enorme lavoro molto più approfondito che potete trovare al seguente link:

    dictyBase

    E, se volete, potete vedere questo video in cui un ricercatore vi racconterà una delle più recenti scoperte sui meccanismi di difesa dai cheaters di Dicty:

    cheater resistance is not futile

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    Chi ha inventato il SONAR?

    17 marzo 2010 in dendrite by Elena | 4 comments

    Sono stati i pipistrelli. O meglio chi ha inventato il sonar si è ispirato al sistema di ecolocazione dei pipistrelli. Come avrete capito, in questo post torno a occuparmi di animali che non piacciono a nessuno, anzi, mediamente sono ritenuti ripugnanti e suscitano anche un po’ di timore (tutto per colpa di un certo Conte Dracula!); in realtà, sono animali delicati e timidi, oltre che estremamente interessanti!

    Pipistrelli è il nome generico che si attribuisce all’ordine dei chirotteri. Sono mammiferi placentati, gli unici mammiferi capaci di volare, e costituiscono circa un terzo della biodiversità dei mammiferi selvatici italiani. Si assomigliano talmente tanto tra loro da pensare che costituiscano un’unica specie, ma non è così: solo in Piemonte sono presenti 35 specie diverse di pipistrelli e tutte quante sono specie protette, comprese in Direttiva Habitat. Infatti, i chirotteri sono uno degli ordini attualmente più minacciati dalle alterazioni antropiche, probabilmente perchè sono sempre stati un gruppo poco conosciuto e quindi ci si è accorti molto tardi degli effetti negativi dell’antropizzazione su questi animali. Le principali minacce sono la perdita di habitat e la caccia diretta: purtroppo è ancora pratica frequente quella di dar fuoco a colonie di pipistrelli quando li si trova nelle soffitte delle case. Un’altra grossa minaccia è rappresentata dall’inquinamento luminoso: i pipistrelli, infatti, a differenza di quello che normalmente si pensa, rifuggono la luce, sono pochissime le specie che si avventurano a cacciare insetti sotto i lampioni.

    I pipistrelli sono insettivori notturni e di giorno trascorrono il loro tempo in anfratti bui e tranquilli, come grotte, miniere abbandonate, ma anche edifici storici o soffitte delle case. Sono quindi animali adattati a muoversi al buio, cosa che riescono a fare grazie a un particolare sistema di percezione detto ecolocazione.

    Il principio di base dell’ecolocazione è lo stesso che sta alla base del sonar. I pipistrelli sono in grado emettere ultrasuoni, ovvero onde sonore a una frequenza superiore ai 20 kHz che il nostro orecchio non riesce a percepire. Queste onde sonore “rimbalzano” sugli ostacoli presenti nell’ambiente e i pipistrelli sono dotati di un sistema che permette loro di percepire le onde sonore di ritorno. In questo modo riescono a capire dove si trovano gli ostacoli e a muoversi al buio con una certa disinvoltura.

    Poichè noi non possiamo sentire questi ultrasuoni sono stati costruiti degli strumenti capaci di registrare gli ultrasuoni dei pipistrelli e di convertirli in onde sonore a frequenze minori che possono essere percepite dall’orecchio umano detti bat-detector. Si è così scoperto che gli ultrasuoni dei pipistrelli possono variare in:

    • frequenza: le varie specie emettono ultrasuoni in range di frequenze diversi; addirittura vi è una specie, il Molosso di Cestoni, che emette onde sonore a una frequenza già udibile dall’uomo, intorno ai 16 kHz;
    • struttura: la struttura può essere costante, quando emettono ultrasuoni sempre alla stessa frequenza, oppure modulata, quando emettono ultrasuoni a frequenze diverse;
    • ritmo: può essere lento o veloce, regolare o irregolare.

    Ciò che è stato notato è che questi tre parametri variano in funzione dell’attività dell’animale: per esempio quando si trova in un corridoio di volo la struttura è costante e il ritmo è lento, mentre quando si avvicina a un ostacolo la struttura diventa modulata e il ritmo aumenta, perchè dev’essere rapidamente localizzata la posizione precisa dell’ostacolo.

    L’ecolocazione, quindi, non è un sistema di comunicazione ma è un sistema sensoriale, che permette a questi animali di percepire l’ambiente esterno. Tuttavia, i pipistrelli, oltre agli ultrasuoni, emettono anche delle grida sociali, percepibili dall’uomo, che permettono loro di socializzare con gli altri individui della colonia.

    Gli ultrasuoni non sono utilizzati solo dai pipistrelli, ma anche da alcuni cetacei. E’ sbalorditivo come in questi animali le onde sonore, che sono generalmente utilizzate come segnali o a scopi sociali, possano essere utilizzate per “mappare” (concedetemi questo termine) l’ambiente circostante.

    Concludo il post con una nota conservazionistica. Il fatto che tutte le specie di chirotteri siano protette impedisce la cattura e la caccia di questi esemplari. La cattura a scopi di ricerca può essere effettuata solo dopo aver ricevuto l’autorizzazione della Provincia per le specie in allegato IV e del Ministero dell’Ambiente per le specie in allegato II. Poichè sono state inserite in Direttiva Habitat, gli stati membri sarebbero tenuti a mettere in atto dei piani di conservazione e a nominare aree protette le zone in cui si trovano le specie comprese in allegato II. In realtà, purtroppo, finora è stato fatto molto poco per proteggere questi animali.

    Se siete interessati a questi bellissimi animali vi consiglio i link:

    Chiroptera

    folletti della notte

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    Un barattolo di conserva

    24 novembre 2009 in epsilon by Elena | 6 comments

    Con questo post so di rischiare la radiazione dal blog perchè è di stampo più filosofico che scientifico, ma mi sembrava interessante proporre questo spunto di riflessione.
    Ieri sul pullman ho discusso con la mia amica Takiko della reintroduzione di un particolare tipo di coccodrillo nel suo ambiente naturale da cui si era ormai estinto. Lei mi ha giustamente detto:”Ma se la natura lo ha portato all’estinzione, perchè hanno deciso di reintrodurlo?”. E’ una saggia domanda a cui si cerca ancora di dare una risposta. Casualmente oggi a lezione abbiamo parlato dello stesso problema, riferito però alle piante. Anche in questo caso un mio collega ha detto:”L’evoluzione va avanti e gli organismi non adatti si estinguono”. Il ragionamento non fa una piega, ma ci sono alcune obiezioni che possono essere sollevate. Innanzitutto, come facciamo a sapere se questi organismi si estinguono perchè la natura vuole così, o perchè noi abbiamo alterato talmente tanto il loro habitat da portarli all’estinzione? Oppure, se quella specie si estingue, siamo sicuri che non dia origine a un effetto farfalla causando un’alterazione irreversibile dell’intero ecosistema in cui vive? Ma quell’organismo che si estingue non era in qualche modo a noi utile? Per esempio, proviamo a pensare a quale danno enorme causerebbe la perdita del grano, che consumiamo regolarmente. Allora bisogna conservare solo le specie che “servono” all’uomo? E una specie che non ha un effettivo utilizzo ma che attira tanti turisti la devo conservare? E come la mettiamo con il grande valore attribuito alla biodiversità? E’ giusto attribuirle così tanto valore?
    …meditiamo, gente, meditiamo.

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