La storia di come l’evoluzione ha permesso agli scarafaggi di colonizzare la Terra

La storia di come l’evoluzione ha permesso agli scarafaggi di colonizzare la Terra
La storia di come l’evoluzione ha permesso agli scarafaggi di colonizzare la Terra

Chalcochlamys dohrni, una specie di coleottero endemico della Colombia, fu descritta per la prima volta nel 1898.

Foto: Istituto Humboldt

Gli occhi di Caroline Chaboo si illuminano quando parla degli scarabei tartaruga. Come le pietre preziose, sono disponibili in una miriade di colori: blu brillante, rosso, arancione, verde e trasparente con macchie dorate. Fanno parte di un gruppo di 40.000 specie di coleotteri fogliari, i crisomelidi (Chrysomelidae), uno dei rami più ricchi di specie del vasto ordine dei coleotteri, i Coleotteri (Coleoptera). “Ci sono punteruoli, longicorni e coleotteri fogliari”, dice. “Questo è davvero il trio che domina la diversità degli scarabei.”

Chaboo, un entomologo dell’Università del Nebraska a Lincoln, si chiede da tempo perché il regno degli esseri viventi sia così sbilanciato verso gli scarafaggi: queste creature dal corpo duro costituiscono circa un quarto di tutte le specie animali. Molti biologi si chiedono da tempo la stessa cosa. “Darwin era un collezionista di scarabei”, nota Chaboo.

Di circa un milione di specie di insetti registrate sul pianeta, circa 400.000 sono coleotteri. E questi sono solo i coleotteri fin qui descritti. Gli scienziati in genere descrivono migliaia di nuove specie ogni anno. Allora perché così tante specie di coleotteri? “Non conosciamo la risposta precisa”, afferma Chaboo. Ma gli indizi stanno emergendo.

Un’ipotesi è che ce ne siano molti perché esistono da molto tempo. “Gli scarafaggi hanno 350 milioni di anni”, afferma il biologo evoluzionista ed entomologo Duane McKenna dell’Università di Memphis nel Tennessee. Si tratta di un periodo di tempo enorme durante il quale le specie esistenti possono specializzarsi o dividersi in linee genetiche nuove e distinte. Per fare un confronto, gli esseri umani moderni sono apparsi sul pianeta solo circa 300.000 anni fa.

Tuttavia, solo perché un gruppo di animali è antico non significa necessariamente che avrà più specie. Alcuni gruppi molto antichi hanno pochissime specie. I celacanti, ad esempio, nuotano nell’oceano da circa 360 milioni di anni, con un picco di circa 90 specie per poi ridursi alle due specie conosciute oggi. Allo stesso modo, il tuatara, un rettile simile a una lucertola, è l’unico membro vivente di un antico ordine di rettili, un tempo diversificato a livello globale, che ebbe origine circa 250 milioni di anni fa.

Un’altra possibile spiegazione del motivo per cui esistono così tante specie di coleotteri è che, oltre ad essere antichi, hanno una capacità di resistenza insolita. “Sono sopravvissuti ad almeno due estinzioni di massa”, afferma Cristian Beza-Beza, ricercatore post-dottorato presso l’Università del Minnesota. Infatti, uno studio del 2015 che ha cercato di esplorare le estinzioni e ha utilizzato coleotteri fossili risalenti al Permiano, 284 milioni di anni fa, ha concluso che la mancanza di estinzione potrebbe essere importante almeno quanto la diversificazione nello spiegare l’abbondanza delle specie di coleotteri. Almeno in passato, gli scarafaggi hanno mostrato una sorprendente capacità di modificare il loro areale in risposta ai cambiamenti climatici, e questo potrebbe spiegare la loro resilienza all’estinzione, propongono gli autori.

A complicare ulteriormente il mistero della diversità degli scarabei c’è il fatto che alcuni rami dell’albero genealogico degli scarabei hanno molte più specie di altri. Ad esempio, gli scarabei stercorari, che passano la vita a rotolare palline di sterco abilmente realizzate, presentano una modesta diversità. “Questa famiglia comprende circa 8.000 specie, quindi non è un gruppo enorme”, afferma l’ecologo comunitario Jorge Ari Noriega, dell’Università El Bosque, a Bogotá, in Colombia.

Al contrario, i crisomelidi, una superfamiglia che comprende coleotteri dalle corna lunghe e dalle foglie, contano 63.000 specie, mentre i buprestidae (Buprestidae), un gruppo di coleotteri metallici che perforano il legno e le foglie, noti anche come coleotteri gioiello per i loro abbaglianti colori iridescenti, ne hanno circa 15.000. specie.

Questa grande variazione nella ricchezza delle specie tra i lignaggi degli scarafaggi significa che “nessuna spiegazione è valida per nessun gruppo particolare”, afferma McKenna. Tuttavia, tra i coleotteri erbivori – che costituiscono circa un quarto di tutte le specie di coleotteri – sta emergendo un modello chiaro. Sulla base delle analisi genetiche di diversi lignaggi di coleotteri, McKenna e i suoi colleghi hanno trovato prove che un fattore importante che ha stimolato la diversità degli scarafaggi era la diversificazione delle piante da fiore durante il periodo Cretaceo.

Durante quel periodo Cretaceo, iniziato circa 145 milioni di anni fa, un’esplosione di nuove specie di piante da fiore si diffuse sulla superficie terrestre, colonizzando diversi habitat. Oggi le piante costituiscono circa l’80% della massa della vita sul pianeta. Sfruttare al massimo le piante a scopo alimentare è una strategia ecologica che ha contribuito ad alimentare l’espansione non solo degli scarafaggi, ma anche di specie erbivore come formiche, api, uccelli e mammiferi.

Nel caso degli scarabei erbivori, i loro lignaggi più ricchi di specie portano un’affascinante serie di geni che consentono la digestione delle piante, ha scoperto McKenna. Molti di questi geni codificano per enzimi che aiutano ad abbattere le pareti cellulari delle piante, consentendo l’accesso agli zuccheri immagazzinati in composti difficili da digerire come cellulosa, emicellulosa e pectina. “I lignaggi che hanno questi geni sono stati quelli che hanno avuto un incredibile successo”, dice McKenna.

Questi geni erano adattamenti ingegnosi che convertivano parti di piante indigeribili in cibo. Permisero agli scarafaggi erbivori di mangiare sempre più tipi diversi di piante, il che a sua volta permise agli insetti di spostarsi in nuovi habitat e occupare nuove nicchie ecologiche. Man mano che gli scarabei erbivori si diffondevano geograficamente e adottavano diete e stili di vita diversi, le differenze genetiche tra loro aumentavano, dando origine a nuove specie.

Per ragioni non chiare, durante la loro evoluzione, alcune specie di coleotteri erbivori hanno perso geni che aiutano la digestione, incluso un gene che codifica la pectinasi, un enzima che consente la scomposizione della pectina. L’ecologo evoluzionista Hassan Salem dell’Istituto Max Planck di biologia di Tubinga, in Germania, spiega che, per compensare, alcuni coleotteri hanno sviluppato una strategia diversa per mangiare le piante: hanno stretto rapporti con partner batterici, chiamati simbionti, che aiutano anche la digestione delle piante .

Per alcuni coleotteri, questi microbi simbiotici sono diventati uno strumento alternativo per mantenere le piante nel loro menu, ampliando il numero di habitat in cui nuove specie potrebbero evolversi e prosperare. Ad esempio, nella stragrande maggioranza delle specie di coleotteri tartaruga, il gruppo che studia Salem, non è un enzima geneticamente codificato che scompone la pectina, ma un simbionte batterico. I coleotteri ricevono i batteri dalle madri: ogni volta che una femmina depone un uovo, lascia anche una capsula contenente i microbi. L’embrione dello scarabeo tartaruga si sviluppa all’interno dell’uovo e viene poi introdotto nella capsula per digerire il simbionte circa un giorno prima di emergere.

“È la prima cosa che incontri nella vita… quindi è un’associazione molto intima”, afferma Salem. Quando Salem e il suo team hanno rimosso sperimentalmente le capsule microbiche dalle larve in via di sviluppo, i coleotteri adulti privi di quei germi hanno un alto tasso di mortalità perché non possono accedere alla pectina nella cellula vegetale.

Oltre a rendere le piante più facili da digerire, alcuni microbi associati alle piante potrebbero aver aperto la strada alla diversificazione degli scarafaggi perché offrono loro protezione dai predatori. Nello scarabeo tartaruga Chelymorpha alternans, ad esempio, un fungo chiamato Fusarium, spesso presente su colture come banane e patate dolci, cresce sulla superficie della sua crisalide durante la metamorfosi. “Abbiamo dimostrato che se i funghi vengono rimossi, le formiche li trovano facilmente e se ne nutrono”, afferma Aileen Berasategui, biologa evoluzionista presso l’Istituto per la vita e l’ambiente di Amsterdam, Paesi Bassi. In altre parole, il Fusarium potrebbe proteggere gli scarafaggi dai predatori, espandendo ulteriormente il territorio degli scarafaggi e consentendo la diversificazione. (Puoi vedere: Squalo contrassegnato come in pericolo di estinzione a San Andrés)

Berasategui aggiunge che anche molti coleotteri corteccia, come gli scarabei ambrosia, beneficiano dei funghi Fusarium, ma in modo diverso. Questi coleotteri trasportano i funghi da un albero all’altro in sacchi specializzati chiamati mycangia. Una volta che l’infezione fungina dell’albero è in corso, gli scarabei banchettano con un banchetto fungino.

Adattarsi a questo tipo di agricoltura, seminando spore che diventeranno cibo, ha anche aiutato le specie di coleotteri a esplorare nuovi habitat. “Prendono un pezzettino dal loro nido e poi… volano su un nuovo albero dove iniziano il loro nido, piantano il nuovo fungo, generano questo nuovo giardino”, dice Berasategui. Chiamato fungicoltura, questo approccio si è evoluto sette volte in modo indipendente negli scarabei ambrosia. Si ritiene che l’evoluzione delle nuove specie di coleotteri sia stata modellata da relazioni reciprocamente vantaggiose con questi funghi – parte di una storia di 50 milioni di anni in cui insetti come formiche, termiti e coleotteri ambrosia si sono evoluti in modo indipendente per coltivare i funghi. secondo un articolo del 2005 pubblicato sulla rivista Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics.

Gli scarafaggi erbivori hanno sviluppato altre innovazioni che potrebbero aver permesso loro di diventare più specializzati rispetto ad altri gruppi di coleotteri. Negli scarabei fogliari studiati da Chaboo, ad esempio, la comparsa nei reperti fossili di scudi fecali difensivi – strutture costruite con gli escrementi dello scarabeo e i resti del ricambio cutaneo – “coincide con massicce radiazioni di specie”, dice. La maggior parte dei coleotteri che usano gli scudi sono specie solitarie, ma alcuni vivono in gruppi, organizzandosi in formazioni che li proteggono dai predatori. La protezione dello scudo fecale potrebbe aver aiutato gli scarafaggi a spostarsi verso habitat più aperti, dice Chaboo. (Puoi vedere: Riconoscere gli sfollati ambientali, il vuoto che la Colombia deve riempire)

Sia che mangino piante o si nutrano di altre cose, come ad esempio le carogne, gli scarabei di tutti i gruppi hanno sviluppato un’impressionante varietà di strumenti per risolvere diversi problemi. In questo senso, gli scarafaggi sono un microcosmo dell’albero della vita, dice McKenna.

Tuttavia, non importa quanto siano resistenti gli scarabei, non possiamo dare per scontata la loro sopravvivenza. Le popolazioni di insetti stanno diminuendo in molti luoghi – “e sì, gli scarafaggi ne fanno parte” – dice Beza-Beza. Come sopravvivranno agli impatti umani è “una delle domande centrali in questo momento”, aggiunge, anche se scommette che gli scarafaggi sulla Terra esisteranno “più a lungo delle persone”.

Beza-Beza, che risolve enigmi scientifici sulle isole montuose delle foreste nebulose dell’America Centrale dove lavora, ha un’affinità speciale con l’Ogyges politus, una specie di scarafaggio che vive e si nutre di tronchi in decomposizione. “Succede solo nelle montagne vicino alla mia città natale”, dice. “Quindi mi ricorda da dove vengo… e che ci sono queste gemme ovunque.”

*Questo articolo è stato pubblicato per la prima volta Rivista conoscibile. È stato tradotto in spagnolo da Daniela Hirschfeld.

 
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