I pipistrelli hanno culture canore diverse che danno vita a nuove specie

I chirotteri chiacchierano tra di loro in dialetto di cibo, sonno, sesso e degli altri pipistrelli

[19 Novembre 2020]

Il lavoro di Mirjam Knörnschild, una ecologa comportamentale del Museum für Naturkunde Leibniz-Institut für Evolutions- und Biodiversitätsforschung (Für Natur) e del suo team di ricercatori del progetto “Culture as an evolutionary force: Does song learning accelerate speciation in a bat ring species?” (CULTSONG) parte da una domanda: «L’evoluzione umana è da tempo modellata dalla cultura, ma possono esserne influenzati anche i pipistrelli, in particolare attraverso i dialetti del canto trasmessi culturalmente?».

Su Horizon – The EU Research & Innovation Magazine i ricercatori  fanno notare che «Tassi maggiori di speciazione tra gli uccelli canori suggeriscono una probabile forte correlazione tra la divergenza nel canto indotta culturalmente e la speciazione». CULTSONG si concentra su una specie di pipistrello molto canora: il murciélago de líneas blancas o murciélago de sacos (Saccopteryx bilineata), la prima specie ad anello di mammiferi conosciuta.  Gli scienziati spiegano che «Le specie ad anello sono il risultato di popolazioni che si espandono attorno a barriere inabitabili, divergendo gradualmente finché non sono isolate dal punto di vista riproduttivo per contatto secondario». CULTSONG sta cercando di capire se i dialetti del canto trasmessi culturalmente accelerino la speciazione nei pipistrelli e il progetto contribuirà a chiarire il ruolo della selezione culturale come forza evolutiva complementare alla selezione naturale e sessuale.

Ma per trovare questi pipistrelli ciarlieri bisogna inoltrarsi di notte nelle foreste e registrarne i richiami ed è quello che ha fatto nel 2019 il team di CULTSONG nella regione di Guanacaste, del Costa Rica nordoccidentale, cercando di restringere il punto in cui due distinte popolazioni di murciélago de líneas blancas si mescolano maggiormente tra loro. E, come racconta Gareth Willmer su Horizon, ci sono riusciti. Poi i ricercatori hanno analizzando i diversi richiami di ecolocalizzazione che i pipistrelli utilizzano per orientarsi e cacciare le prede e sono riusciti a ridurre il punto di contatto da 50 – 60 chilometri a solo un paio di Km. «Fare questo  – scrive Willmer  – è stato un passaggio chiave nella fase successiva del progetto, che esamina i dialetti del canto dei pipistrelli usati per scopi specifici come la segnalazione territoriale e il corteggiamento, e che differiscono dal chiacchiericcio generale meno distinto. Uno degli obiettivi principali è scoprire se tali tratti culturalmente acquisiti possono, in effetti, portare gli organismi a dividersi in specie separate attraverso il processo noto come speciazione. Questo  può avere implicazioni significative per indagare su come la cultura – o l’apprendimento acquisito attraverso comportamenti socialmente trasmessi – influisce sull’evoluzione». E questo comprende anche l’evoluzione umana, che è già nota per essere stata influenzata dalle interazioni tra cultura e geni, come nello sviluppo della tolleranza al lattosio dopo l’inizio dell’allevamento, ma non riguarda certamente la speciazione, visto che, nonostante le migliaia di lingue e dialetti parlati dagli esseri umani restiamo un’unica specie con il dono della diversità culturale. .

L’apprendimento vocale è stato descritto poco anche in altre specie di mammiferi, quindi gli studi del team di CULTSONG  i potrebbero aiutare a far luce su come si evolve il linguaggio.

La Knörnschild, che lavora anche per lo Smithsonian Tropical Research Institute e la Freie Universität Berlin spiega a sua volta che «Esplorare la cultura animale al di fuori dei soliti sospetti come grandi scimmie, balene e uccelli canori, è un campo relativamente giovane E poiché non possiamo viaggiare nel tempo per vedere l’evoluzione in azione, è ancora più difficile accertare se i cambiamenti culturali si traducano effettivamente in speciazione». Tuttavia, la Knörnschild  s dice che la specie principale studiata dal suo team, il Saccopteryx bilineata, «Ha caratteristiche che ci danno un’opportunità unica per fare luce su questo».

I ricercatori  hanno scoperto che, in una parte dell’areale del  centro-sud America  in cui vive, questo pipistrello è una cosiddetta specie ad anello e ricordano che «In tali specie, nel tempo, una popolazione ancestrale si divide attorno a ciascun lato di una barriera geografica inabitabile, divergendo gradualmente geneticamente. Alla fine, le popolazioni si incontrano di nuovo ma non si incrociano, rendendole effettivamente specie separate».

Ina decina di anni fa, il team della Knörnschild ha cominciato a scoprire che alcune popolazioni di murciélago de líneas blancas del Guanacaste differivano notevolmente da altre popolazioni sia per le loro dimensioni che per le composizioni dei richiami che utilizzano. Lo studio di questi pipistrelli intorno all’area di  Talamanca nel 2015 ha portato alla scoperta che  S. bilineata è una specie ad anello, poi il team di ricercatori lo ha confermato verificando l’assenza di incroci al punto finale di contatto.

La Knörnschild  evidenzia che «Nella zona di contatto di queste due popolazioni genetiche, si ignorano completamente a vicenda. E’ un po’ come avere una macchina del tempo. Se hai una specie di anello del genere, puoi sostanzialmente tornare indietro intorno all’anello verso la popolazione ancestrale. Lìanalisi genetica realizzata dal mio team suggerisce che l’espansione della specie lungo la catena montuosa sia iniziata negli ultimi 80.000 anni, quindi la speciazione deve essere stata recente nel tempo evolutivo per un pipistrello. In sé , trovare una specie ad anello è stato un ritrovamento super raro e davvero fortunato»,

Infatti, lo studio “A novel approach for finding ring species: look for barriers rather than rings”, pubblicato nel 2012 su BMC Biology da Darren Irwin del Biodiversity Research Centre and Department of Zoology dell’università della British Columbia riconosce solo  una manciata di organismi  con queste caratteristiche evolutive. Ma l’anello per S. bilineata era anche più corto di quanto il team di CULTSONG si aspettasse per una specie che vola, dato che misura circa 500 km da un capo all’altro. »Normalmente, quando si ha un animale altamente mobile come un pipistrello che è in grado di volare, ci si aspetterebbe che un anello che porta alla speciazione sia molto grande», conferma la  Knörnschild.

Lo studio “Genomic divergence in a ring species complex”, pubblicato nel 2014 su Nature da un team di ricercatori delle università della British Columbia e di Chicago, aveva constatato che una specie per la quale è stata esaminata la cultura del canto, il luí verdastro (Phylloscopus trochiloides), ha un anello che si estende per migliaia di chilometri intorno all’altopiano tibetano, senza avere però una divergenza genetica e geografica regolare, continua e ininterrotta .

A facilitare lo studio dei pipistrelli S. bilineata sono stati il loro areale locale ridotto e un’elevata uniformità dell’habitat di foresta pluviale tropicale di pianura in cui vivono, «Consentendo così di escludere più facilmente influenze non culturali sulla speciazione come il variare del clima, delle fonti alimentari e delle specie concorrenti –  dice la  Knörnschild – Riteniamo che il motivo per cui questo cambiamento è avvenuto in un animale così altamente mobile in un arco di tempo evolutivo così breve su una scala geografica così ridotta sia perché la cultura (comportamento socialmente trasmesso) stava accelerando queste differenze. Altrimenti, non avrebbero dovuto accumulare abbastanza differenze genetiche. Fondamentalmente, avere un anello continuo corto può rendere più facile distinguere causa ed effetto sul fatto che il cambiamento culturale abbia portato alla speciazione o viceversa, qualcosa che di solito è stato molto difficile da testare». Come emerso anche nello studio “News Feature: Can animal culture drive evolution?”, pubblicato nel 2017 su PNAS dalla biologa Carolyn Beans dell’università della Virginia – Charlottesville.

Il team di CULTSONG sta utilizzando test genetici e registrazioni dei richiami dei pipistrelli per determinare se la divergenza dei dialetti delle canzoni si accumularsi prima o dopo una significativa divergenza genetica. «Se avviene in anticipo –  sottolinea la Knörnschild – questo suggerirà che il cambiamento del dialetto sta guidando il cambiamento genetico e, in definitiva, la speciazione». Il suo team studierà anche le colonie all’interno della nuova zona di contatto di due Km ha determinato, analizzando come i pipistrelli interagiscono e rispondono alle vocalizzazioni delle altre specie. «Penso che sia una delle poche specie per la quale abbiamo buone possibilità di districare se le differenze culturali precedono le differenze genetiche o se le seguono», ha detto la Knörnschild a Horizon.

La pandemia di Covid-19 ha ritardato questa parte della ricerca, ma la Knörnschild spera di poter tornare nella foresta in Costa Rica entro la prossima primavera per fare anche alcuni test genomici finali per perfezionare i dati in uno studio che dovrebbe confermare definitivamente che S. bilineata è una specie ad anello, uno studio che inizialmente suo team sperava di pubblicare all’inizio di quest’anno.

Grazie alla complessità della loro comunicazione. I pipistrelli permettono anche di analizzare l’interazione sociale e lo sviluppo linguistico negli animali in generale e , dato che la ricerca di CULSONG comporta un’attenta osservazione dei pipistrelli, il team scopre continuamente nuovi aspetti di questa complessità.

Ad esempio, recentemente lo studio “Pup Directed Vocalizations of Adult Females and Males in a Vocal Learning Bat” pubblicato su Frontiers in Ecology and Evolution  dalla Knörnschild e da Ahana Aurora Fernandez dell’Institut für Tierschutz, Tierverhalten und Versuchstierkunde della Freie Universität Berlin e di Für Natur ha scoperto, attraverso registrazioni sonore, che le femmine adulte di S. bilineata usano “baby talk” con un timbro e un tono diversi quando si rivolgono ai loro cuccioli. La Knörnschild ipotizza che «Questo potrebbe svolgere un ruolo simile a quello svolto negli esseri umani, dove aumenta l’attenzione e facilita l’apprendimento vocale aiutando il bambino a scegliere gli elementi del discorso. Insieme alla scoperta che i maschi adulti comunicano in modo diverso con i cuccioli, in una maniera che sembra trasmettere la “firma vocale” del loro gruppo, questo ha evidenziato che la loro interazione è più complessa di quanto pensassimo. Più approfondiamo, più interessanti saranno le cose che troviamo».

Anche Yossi un neuro-ecologo israeliano dell’Università di Tel Aviv che guida il  progetto GPS-Bat, ha esaminato la comunicazione sociale come parte del processo decisionale nei pipistrelli ma, invece che i richiami il suo team sta esaminando l’interazione tra i pipistrelli  attraverso il loro “chiacchiericcio” quotidiano e Yovel, evidenzia che «E’ interessante vedere come si sviluppa questo tipo fondamentale di comunicazione. Anche se questo è più difficile che analizzare i richiami più distintivi, è stato reso possibile da nuove tecnologie come gli strumenti di apprendimento automatico adattati dall’uso per il riconoscimento vocale umano».

Il suo team ha catturato rossetti egiziani (Rousettus aegyptiacus) adulti, pipistrelli della frutta, quindi li ha monitorati continuamente insieme ai cuccioli che hanno dato alla luce utilizzando microfoni a ultrasuoni e videocamere. Il machine learning ha permesso loro di discernere il contesto dalla frequenza delle chiacchiere, ad esempio se si trattava di cibo, sonno o sesso e degli individui coinvolti. «Abbiamo dimostrato che è possibile determinare l’identità individuale, in modo da poter capire quale individuo sta chiacchierando – spiega Yovel – Più sorprendentemente, per metà del tempo sui può indioviduare anche l’identità del pipistrello al quali si rivolge».

Con lo studio “An annotated dataset of Egyptian fruit bat vocalizations across varying contexts and during vocal ontogeny” pubblicato nel 2017 su Scientific Data, Il team di Yovel ha anche creato un database disponibile disponibile a tutti di quasi 300.000 file che è «Probabilmente uno dei più grandi database mai raccolti per un animale» e che rappresenta l’intero repertorio delle vocalizzazioni dei pipistrelli che sono state registrate. I ricercatori israeliani dicono che «Questo mira a fornire un punto di partenza completo per ulteriori studi sulla comunicazione sociale, con alcuni gruppi che lo utilizzano già».

Inoltre, lo studio “Crowd vocal learning induces vocal dialects in bats: Playback of conspecifics shapes fundamental frequency usage by pups”, pubblicato recentemente su PLOS Biology da un team di ricercatori dell’università di Tel Aviv guidato da Yovel ha dimostrato l’emergere nei pipistrelli di dialetti anche per le “chiacchier” attraverso l’apprendimento sociale. Tre gruppi di cuccioli sono stati esposti per un anno, fino all’età adulta, alle vocalizzazioni delle madri e anche a una riproduzione artificiale che rappresentava un dialetto specifico del gruppo. Ognuno di loro da adulto aveva dialetti distinti tendenti al dialetto registrato, suggerendo che i pipistrelli sono influenzati dall’intero gruppo che chiacchiera intorno a loro.

Ora, il team di Yovel sta analizzando ulteriormente il dataset che ha realizzato, cercando di esaminare in profondità la comunicazione dei pipistrelli, analizzando l’ordine dei suoni nelle loro vocalizzazioni per scoprire la struttura di questo “linguaggio”, »Qualcosa che può essere paragonato all’esame della sintassi nel linguaggio umano. Potete immaginare di arrivare su un nuovo pianeta con degli animali che parlano una lingua e volete provare a capirli, come fate senza una stele di Rosetta?»

Il prossimo passo è capire cosa succede nel cervello dei pipistrelli quando chiacchierano e Yovel è fiducioso: «Uno dei vantaggi nell’esaminare dei pipistrelli è che il loro cervello è un buon modello per quelli delle persone grazie alle somiglianze con il cervello umano, quindi potrebbe, in definitiva, aiutarci a comprendere meglio il nostro cervello e le difficoltà di apprendimento vocale. Penso che ora capiamo che le vocalizzazioni degli animali contengono molte informazioni.  In una certa misura questo era noto, ma questa idea è stata notevolmente rafforzata».

La Knörnschild conclude: «Scoprire di più sulla complessità della cultura animale può portare ad avere  più attenzione per gli sforzi di conservazione per delle popolazioni uniche. Quando ci sono pronunciate  differenze culturali, perdere delle popolazioni è tragico perché stai perdendo queste culture animali che sono state costruite nel corso di molti anni. E possono contenere soluzioni locali a problemi specifici o preferenze di accoppiamento uniche che non si trovano da nessun’altra parte».