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Gli effetti indiretti guidano l'evoluzione
28 agosto 2025 |
La natura è complessa: alcune specie condividono il loro habitat e interagiscono direttamente, altre non si incontrano e possono quindi influenzarsi solo indirettamente. Ma le interazioni indirette sono abbastanza forti da influenzare l'evoluzione - in altre parole, da cambiare in modo permanente una specie? I ricercatori dell'Istituto di Biologia Evolutiva Organismica e Molecolare dell'Università Johannes Gutenberg di Mainz (JGU), insieme a partner internazionali come l'istituto di ricerca acquatica Eawag e l'Università di Basilea, sono riusciti a rispondere per la prima volta a questa domanda finora senza risposta.
"Siamo riusciti a dimostrare che gli effetti ecologici indiretti possono causare una rapida evoluzione nelle comunità acquatiche", ha dichiarato Shuqing Xu della JGU. "Nei nostri esperimenti, gli afidi hanno influenzato l'evoluzione di piccoli crostacei acquatici, le pulci d'acqua, anche se uno vive nell'aria e l'altro nell'acqua e i loro percorsi non si incrociano. L'influenza è mediata esclusivamente dall'ambiente". Questi risultati sono fondamentali per la biologia evolutiva, che finora si è concentrata principalmente sugli effetti diretti, ignorando in larga misura quelli indiretti. I ricercatori hanno pubblicato i loro risultati giovedì scorso sulla rinomata rivista scientifica PNAS.
I genomi dei gruppi di controllo e di test mostrano chiare differenze
Per le loro indagini, i ricercatori hanno utilizzato diversi stagni artificiali nell'impianto sperimentale di Eawag, ciascuno contenente 15.000 litri d'acqua. Gli afidi ronzavano nell'aria e si nutrivano di anatre. Più infestavano l'alga, peggio si riproduceva, più luce penetrava nei rispettivi stagni e più crescevano le alghe che competevano con l'alga per la luce e le sostanze nutritive, che a loro volta alimentavano le pulci d'acqua nell'acqua. "Gli afidi e le pulci d'acqua vivono in habitat diversi, ma le loro catene di interazione si influenzano a vicenda", spiega Xu.
Gli organismi degli habitat terrestri e acquatici possono influenzarsi a vicenda attraverso effetti ecologici indiretti.
Immagine: Shuqing Xu, Università Johannes Gutenberg (Icone da biorender.com)
I ricercatori si sono concentrati principalmente sulla questione di come l'esistenza degli afidi influenzi le pulci d'acqua. Il team ha prelevato campioni d'acqua ogni due settimane e ha analizzato parametri come la temperatura, il contenuto di nutrienti e di ossigeno. Hanno anche contato gli afidi, le anatre, le alghe e le pulci d'acqua. "Abbiamo tenuto un registro continuo dei cambiamenti negli stagni. Nel secondo anno si è registrato un aumento della popolazione di pulci d'acqua, che avevano a disposizione più cibo grazie alla maggiore crescita delle alghe", spiega Vorburger, responsabile del gruppo di ricerca presso il dipartimento di Ecologia acquatica dell'Eawag. Come riferimento sono stati utilizzati stagni identici con anatre, alghe e pulci d'acqua senza afidi. Per rintracciare i cambiamenti evolutivi, ossia per studiare come si sono sviluppate le pulci d'acqua, i ricercatori hanno analizzato le sequenze geniche delle pulci d'acqua e le hanno confrontate con quelle delle pulci d'acqua provenienti dagli stagni di controllo. "Molte parti del genoma hanno mostrato chiare differenze", afferma Malacrinò - ex capogruppo del team di Xu e ora professore aggiunto alla Clemson University negli Stati Uniti - riassumendo i risultati. "Questo dimostra che l'evoluzione delle pulci d'acqua negli stagni di prova e in quelli di controllo va in due direzioni diverse, guidata dalla presenza o dall'assenza di afidi".
Adattamenti evolutivi e relativi costi
Ma questa evoluzione guidata dagli insetti influenza l'adattamento delle pulci d'acqua al loro ambiente? Per rispondere a questa domanda, i ricercatori hanno inserito 50 pulci d'acqua da ogni stagno di prova in uno stagno di controllo e viceversa. Il risultato è stato che le pulci d'acqua degli "stagni con afidi" non si sono comportate bene negli stagni di controllo: la loro evoluzione ha fatto sì che potessero sopravvivere bene solo negli stagni con afidi, più ricchi di nutrienti. Le pulci d'acqua degli stagni di controllo, invece, non hanno avuto difficoltà ad acclimatarsi nello stagno degli afidi. "L'adattamento delle pulci d'acqua all'ambiente con gli afidi ha quindi avuto il suo prezzo", riassume Martin Schäfer, membro del team di Xu. I ricercatori hanno anche analizzato come i cambiamenti nella comunità acquatica abbiano influenzato gli afidi. Hanno scoperto che l'aumento delle temperature, i livelli di nutrienti e l'incremento delle pulci d'acqua hanno avuto un effetto positivo sulla popolazione di afidi.
I risultati della ricerca di base in laboratorio spesso non sono trasferibili 1:1 ai corpi idrici naturali. Per questo motivo, Eawag ha costruito una struttura con stagni sperimentali nel suo sito adiacente al centro di ricerca Aquatikum di Dübendorf. Negli stagni vengono creati piccoli ecosistemi, esposti alle condizioni climatiche naturali. I ricercatori possono influenzare e controllare sperimentalmente questi sistemi. In questo modo è possibile rispondere a domande sul funzionamento degli ecosistemi e sulla biodiversità che non potrebbero essere soddisfatte con studi in provetta.
Maggiori informazioni sugli stagni sperimentali
"Siamo riusciti a dimostrare per la prima volta con prove dirette che anche specie che non entrano in contatto tra loro possono influenzarsi a vicenda nella loro evoluzione", spiega Xu. "Questo dimostra quanto siano importanti le interazioni indirette per la biologia evolutiva. Se i ricercatori continueranno a trascurarle, sarà difficile trasferire in natura le relazioni dimostrate in laboratorio. Ad esempio, è chiaramente troppo miope considerare la massa terrestre e le aree acquatiche come sistemi separati".
Xu sottolinea anche che lo studio attuale non sarebbe stato possibile senza la cooperazione internazionale. L'idea è nata dal suo gruppo, che lavora da tempo con le anatre. Tuttavia, l'Università di Basilea è all'avanguardia in termini di competenze sulle pulci d'acqua, mentre l'Eawag ha contribuito al progetto con il suo know-how sui sistemi acquatici. Vorburger aggiunge quanto sia stato importante per questo progetto l'impianto di laghetti sperimentali dell'Eawag. Solo grazie alla possibilità di replicare il progetto su una scala ampia e quindi realistica è stato possibile dimostrare tali effetti indiretti attraverso i confini degli habitat.
Immagine di copertina: Martin Schäfer preleva un campione d'acqua da uno degli stagni di prova (Foto: Christoph Walcher, Eawag).
Pubblicazione
M. Schäfer et al, Aphid herbivory on macrophytes drives adaptive evolution in an aquatic community via indirect effects, PNAS, 21 August 2025, DOI: 10.1073/pnas.2502742122,
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2502742122