All’inizio della speciazione: due beccasemi dimostrano che l’evoluzione potrebbe essere più veloce di quanto si crede (VIDEO)

Piccole differenze nel piumaggio e nel canto hanno diviso due uccelli quasi identici in specie diverse

[29 Marzo 2021]

Gustave Axelson, direttore editoriale del Cornell Lab of Ornithology, spiega che «La speciazione – l’emergere di una nuova specie – è un processo lento e costante che si svolge nel corso di milioni di anni tra un gruppo di creature bloccate, isolate dal resto della loro specie da barriere geografiche e lasciate ad evolversi da sole. O almeno così si pensava generalmente». Infatti, lo studio “Rapid speciation via the evolution of pre-mating isolation in the Iberá seedeater”, pubblicato il 25 marzo su Science Advences da un team di ricercatori statunitensi, argentini e brasiliani, documentando come un uccello canoro scoperto di recente in Sud America abbia fatto un percorso evolutivo molto raro e rapido, mette in dubbio il tipico modello di speciazione.

Lo studio approfondisce le origini del baccasemi di Iberá (Sporophila iberaensis)  nel nord dell’Argentina, che sembra essersi formato da una combinazione unica di tratti genetici esistenti tra 10 o più altre specie di beccasemi che vivono nella stessa area. L’autore senior dello studio, Leonardo Campagna del  Cornell Lab of Ornithology spiega a sua volta che «Questi geni diversi sono stati rimescolati in una combinazione unica che ha prodotto il beccasemi  di Iberá. Questa specie ha un mosaico di geni del piumaggio tratti dalla variazione genetica esistente già trovata in altre specie di beccasemi. Lo studio dimostra che l comportamento di accoppiamento da solo può essere una potente forza evolutiva, impedendo a una specie recentemente divergente di mescolarsi con altre che si riproducono negli stessi luoghi, mangiano lo stesso cibo, nidificano nello stesso periodo e sono quasi identiche geneticamente. In altre parole, la speciazione non richiede sempre mutazioni genetiche che insorgono in una popolazione isolata».

E non richiede milioni di anni. Campagna stima che ci siano voluti solo migliaia di anni prima che si sviluppasse il processo evolutivo che ha dato vita al beccasemi di Iberá come una specie separata che si sarebbe accoppiata solo con la sua specie: «In termini evolutivi, è molto veloce, Questo è l’esempio più chiaro negli uccelli di come il rimpasto della variazione genetica possa generare una specie nuova di zecca».

Il team di Campagna ha iniziato a studiare beccasemi cappuccini meridionali circa 20 anni fa perché i ricercatori avevano scoperto che una sola specie aveva dato origine 10 specie diverse in meno di 1 milione di anni e Campagna voleva sapere come fosse successo e se stesse continuando a succedere. Nel 2017, Campagna ei suoi colleghi hanno dimostrato nello studio “Repeated divergent selection on pigmentation genes in a rapid finch radiation” pubblicato su Science Advances che le maggiori differenze genetiche tra le 10 specie di beccasemi cappuccini risiedono nei geni che guidano la produzione di pigmenti di melanina, indicando che i cambiamenti nel colore del piumaggio potrebbero essere stati fondamentali per la creazione di nuove specie.

Rosemary Grant, una famosa biologa evolutiva (che non è stata coinvolta nello studio), ha passato decenni con suo marito Peter a studiare il gruppo di specie dei fringuelli di Darwin nelle isole Galapagos, scoprendo ome la selezione naturale ha influenzato la forma dei loro becchi, e ha commentato così la nuova ricerca pubblicata su Science: «Questo è uno studio meravigliosamente completo sul ruolo dei geni, del piumaggio e del comportamento nell’origine di una nuova specie. Questo documento si va ad aggiunge in modo significativo alla nostra crescente comprensione della speciazione».

Martha Muñoz, biologa evoluzionista dell’università di Yale, anche lei non coinvolta nello studio, ha commentato su Science: «Questo studio è uno dei pochi che documentano in modo convincente la speciazione simpatrica nei vertebrati, colta in flagrante».

Il beccasemi di Iberá ha un areale limitato: praticamente vive in crca 274.000 acri delle remote e paludose praterie di prati remoti e paludosi nel Parque Ncional Iberá in Argentina, dove la principale autrice dello studio, Sheela Turbek dell’università del Colorado – Boulder, ha trascorso due stagioni per localizzare nidi ed eseguire esperimenti comportamentali. Il beccasemi di vive fianco a fianco con il beccasemi dal ventre fulvo (Sporophila hypoxantha). Le femmine di entrambe le  specie sembrano identiche. Tutte e due le specie vivono, si riproducono e si nutrono nella stessa parte del parco nazionale, quindi le due specie hanno tutto il tempo per interagire e forse accoppiarsi. Ma il maschio del beccasemi di Iberá ha la gola nera e il ventre color sabbia, mentre il maschio del beccasemi dal ventre fulvo ha guance, gola, petto e pancia rossastre. E i fischi dei loro richiami sono messi insieme in modi diversi. La Turbek e il suo team hanno analizzato 126 uccelli di entrambe le specie, monitorato le attività degli adulti e di 80 pulcini e hanno campionato il DNA di ciascuno. L’analisi genetica ha confermato che «Le due specie non si incrociano». Questo suggerisce che le femmine preferiscono i compagni con un determinato piumaggio e canto e che le loro scelte potrebbero aver indirizzato i maschi verso la speciazione. E’ stato difficile studiare le femmine delle due specie di beccasemi dall’aspetto identico quando scelgono i compagni, ma numerosi studi sugli uccelli hanno scoperto che i tratti utilizzati nella scelta femminile sono utilizzati anche dai maschi per riconoscere i concorrenti sessuali.  Così la Turbek ha esaminato come i maschi reagivano agli altri maschi di ciascuna specie.  Spesso, gli uccelli maschi di una specie tendono a tollerare i maschi di un’altra, ma reagiscono più fortemente ai maschi che riconoscono come della loro specie e con i quali, quindi, competono per le compagne.

Poi i ricercatori hanno confrontato gli interi genomi delle due specie, trovando solo tre piccole region che differiscono e che contengono solo 12 geni, 3 dei quali sono coinvolti nella colorazione del piumaggio.

Apparentemente, questi piccoli cambiamenti genetici e del piumaggio sono stati sufficienti perchè alcune femmine iniziassero a preferire una colorazione specifica dei maschi, preparando il terreno per “isolare” gli uccelli sul posto. La Turbek fa notare che «Le differenze nel canto e nel piumaggio da sole possono essere sufficienti per  portare i confini delle specie a una divergenza estremamente presto».

Gli autori dello studio ritengono che «Lo stesso processo di rimescolamento trovato in questa ricerca sia probabilmente alla base di gran parte della diversità tra le dozzine di specie di beccasemi in questa regione del Sud America: combinazioni genetiche mix-and-match che si sono probabilmente generate quando i beccasemi riproduttori si incrociano occasionalmente e formano ibridi».

Un altro autore dello studio, Irby Lovette, direttore del Fuller Evolutionary Biology Program del Cornell Lab, conclude: «Questa è una storia davvero bella su un processo che non avevamo mai visto prima in questo modo. Il modello evolutivo classico e più comune per le nuove specie è l’accumulo di mutazioni genetiche quando quelle specie sono separate da una barriera geografica per forse per milioni di anni. Ma qui abbiamo scoperto che il mescolamento genetico può avvenire rapidamente e senza isolamento geografico. E’ quasi come una “speciazione istantanea».

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  • Plumage and song split two nearly identical birds into different species