Evoluzione convergente: cosa hanno in comune un capodoglio e un pipistrello?

[6 dicembre 2013]

I capodogli pesano fino a 50 tonnellate, mentre il più piccolo pipistrello raggiunge a malapena qualche grammo, eppure condividono un pezzo di una storia evolutiva di successo: hanno entrambi sviluppato la capacità di usare l’ecolocalizzazione, il sonar biologico, per cacciare le loro prede. Un team di ricercatori danesi ha infatti dimostrato che i biosonar dei cetacei odontoceti e dei pipistrelli presentano sorprendenti analogie, anche se vivono in ambienti molto diversi e le loro dimensioni variano notevolmente.

I sistemi di ecolocalizzazione sono una delle specializzazioni della natura di grande successo: circa 1.100 specie di pipistrelli e 80 specie di odontoceti utilizzano questa tecnica, si tratta di ben il 25% di tutte le specie viventi di mammiferi. Ma perché animali così diversi come i delfini e i capodogli e i pipistrelli hanno sviluppato la stessa tecnica? La ragione non può essere certo una parentela tra i chirotteri e le orche che non sono certo imparentati tra di loro più che con gli altri mammiferi e che discendono dagli stessi vertebrati terrestri vissuti 200 milioni di anni fa. La risposta sta nell’evoluzione convergente, cioè quando caratteristiche o sviluppi quasi identici avvengono in specie diverse. Sia i pipistrelli che gli odontoceti hanno sviluppato le stesse caratteristiche funzionali attraverso l’evoluzione.

Peter Teglberg Madsen, dell’Aarhus Universitet e Annemarie Surlykke, della Syddansk Universitet, hanno studiato le proprietà acustiche della tecnica dell’ecolocalizzazione nei pipistrelli e negli odontoceti. I precedenti studi sulle capacità di queste specie di individuare e catturare le prede erano basati principalmente su prove di laboratorio, ma ora gli studi in natura forniscono un quadro molto più realistico di come questi animali usano l’ecolocalizzazione.

Madsen Teglberg e Surlykke hanno reso noto i risultati delle loro ricerche nello studio “Functional Convergence in Bat and Toothed Whale Biosonars” pubblicato su Physiology   e dicono che «I nostri studi hanno dimostrato che i suoni di pipistrelli e degli odontoceti sono sorprendentemente simili. Ciò è dovuto a due cose: in primo luogo, tutte gli orecchi dei mammiferi sono sviluppati  in modi molto simili, e il secondo, – che è il più sorprendente – le contraddittorie condizioni fisiche in aria e in acqua insieme alle differenze nelle dimensioni degli animali, livellano anche le differenze, in un modo che non ci si aspetterebbe, anche nella frequenza del suono»,

Dato che un pipistrello è molto più piccolo di un capodoglio, anche le sue prede sono più piccole ed ha quindi bisogno di produrre suoni con frequenza molto elevata, per  ottenere la stessa capacità di determinare la direzione e la dimensione delle prede. Tuttavia, l’effetto della frequenza più alta sarà parzialmente annullato dal fatto che il suono viene trasportato cinque volte più lentamente e che le onde sonore sono quindi cinque volte più “brevi” nell’aria che nell’acqua.

I ricercatori concludono che «i pipistrelli e gli odontoceti producono segnali di ecolocalizzazione nella stessa gamma di frequenze, da 10 a 200 kHz.»

Il vantaggio di operare in acqua piuttosto che l’aria è che il  “campo di visione acustica” di capodogli e delfini è fino a 6 volte più grande di quello dei pipistrelli. Il “campo di visione acustica” è l’area nella quale  l’animale può “vedere” l’ambiente circostante utilizzando l’ecolocalizzazione. Un capodoglio può ecolocalizzare la  preda fino a 500 metri di distanza, mentre la distanza di ecolocalizzazione di un pipistrello è di soli 2 – 10 metri.

Ma i pipistrelli volano velocemente e coprono quella distanza di ecolocalizzazione in circa un secondo  al secondo. Perciò spesso passa meno di un secondo tra il rilevamento e la cattura delle loro prede.

Gli odontoceti si muovono più lentamente rispetto alle loro dimensioni ed hanno un raggio di ecolocalizzazione molto più ampio. Così hanno più tempo per raccogliere informazioni dagli echi ed hanno tempo per selezionare la preda più attentamente.

Questo potrebbe spiegare perché i pipistrelli non sembrano essere particolarmente esigenti nella scelta delle loro prede, mentre i cetacei sono molto più selettivi riguardo al  loro cibo: i pipistrelli semplicemente non hanno il tempo di scegliere e fanno fast food, gli odontocenti sono per lo slow food.

Nell’ultima parte della fase di caccia, quando si avvicinano le loro prede, sia gli odontoceti che i pipistrelli emettono una serie di suoni simili ad un ronzio: impulsi deboli e brevi e suoni ad intervalli molto brevi, simili alle luci stroboscopiche. Si tratta di un meccanismo molto complesso che gli scienziati non hanno ancora capito appieno. Gli animali controllano molto attentamente quando emettono suoni e quando ascoltano gli echi e li adattano esattamente alla loro velocità ed a quella della preda. Se emettono il ronzio troppo in fretta sembra che non abbiano tempo per ascoltare gli echi. Se lo fanno troppo lentamente rischiano di non colpire gli ostacoli al volo.

Teglberg  conclude: «Il meccanismo deve svolgere un ruolo centrale, ma noi non sappiamo ancora esattamente quale. C’è la necessità di ulteriori studi e per fortuna le nuove tecnologie consentono di monitorare gli animali allo stato brado, di studiare il loro comportamento e di confrontare questi risultati con la conoscenza che abbiamo fatto in laboratorio».

Vedremo cosa ci riveleranno i prossimi capitoli di questo affascinante libro dell’evoluzione convergente.