La cavolaia femmina “digerisce” lo sperma del maschio in una borsa speciale
Un eccezionale adattamento riproduttivo per far nascere una prole diversificata
[27 Maggio 2015]
Nelle farfalle gli apparati riproduttivi hanno livelli di selezione molto alti, con una conseguente rapida evoluzione adattativa. Fino ad ora lo studio del tratto riproduttivo dei lepidotteri si era concentrato soprattutto sulle caratteristiche maschili ma lo studio ”Dynamic digestive physiology of a female reproductive organ in a polyandrous butterfly”, pubblicato sul Journal of Experimental Biology da un team di ricercatori dell’università di Pittsburgh, ha cercato di realizzare «una comprensione più completa degli adattamenti riproduttivi femminili e della loro relazione con le caratteristiche maschili» che «è fondamentale per scoprire i relativi ruoli di cooperazione e di conflitto sessuale nel guidare le dinamiche co-evolutive tra i due sessi». Un’intuizione giusta che ha portato ad una scoperta singolare.
I ricercatori statunitensi si sono concentrati sulla fisiologia di un adattamento riproduttivo femminile complesso di farfalle e falene: nel loro tratto riproduttivo esiste un organo simile ad uno stomaco, chiamato bursa copulatrix, che digerisce il liquido seminale maschile (spermatoforo). Gli scienziati sottolineano che «Si sa poco su come la bursa digerisce lo spermatoforo» e per capirlo meglio hanno studiato una delle farfalle più comuni e diffuse: la cavolaia minore (Pieris rapae), scoprendo che «Che la bursa delle vergini mostra livelli estremamente alti di attività proteolitica. Inoltre, nelle femmine vergini, la capacità proteolitica bursale incrementa nel di tempo fino all’eclosion e a temperatura ambiente, ma non è sensibile al contesto sociale che precede l’accoppiamento. Nel post copulazione, l’attività proteolitica bursale diminuisce rapidamente per poi risalire verso la fine di un ciclo di accoppiamento, suggerendo la regolazione attiva della proteolisi da parte della femmina e/o il potenziale quenching della proteolisi dei costituenti dell’eiaculato maschile».
Insomma gli strani apparati riproduttivi elle farfalle, pieni di filamenti e “spine” che li fanno somigliare a prese scart, in un sistema di accoppiamento che mette i sessi in conflitto nella cavolaia avrebbero evoluto comportamenti piuttosto estremi.
Come spiega l’entomologo italiano Leonard Dapporto, che ha progettato e realizzato insieme a Legambiente il Santuario delle Farfalle Ornella Casnati all’Isola d’Elba, «La cavolaia minore è forse la farfalla più facile da avvistare in Italia, la sua distribuzione è così capillare che è difficile trovare un luogo in cui non sia presente. E’ anche dotata di grandi capacità dispersive. Anche questa specie mostra il tipico dimorfismo sessuale delle Pieris e il maschio si distingue dalla femmina per la presenza di una sola macchia nera sulle ali anteriori. Vola dall’inizio della primavera fino a tutto l’autunno in almeno tre generazioni».
Dopo che sono uscite dalla crisalide, le femmine di cavolaia minore possono vivere fino a tre settimane, alternando accoppiamento e deposizione delle uova. Dato che si accoppiano con più maschi, possono scegliere tra più sperma quando depongono le uova e così la loro prole è più diversificata, dando alle femmine più opportunità che molte più uova sopravvivano e diventino bruchi.
Anche i maschi di cavolaia si accoppiano più volte. Quando un maschio trova una femmina inserisce un enorme pacchetto di sperma e di altre proteine nel suo tratto riproduttivo. La femmina lo immagazzina nella bursa copulatrix, ma resta fuori un “rotolo” gelatinoso di proteine dello spermatoforo, intasando gran parte dello spazio e impedendo alla femmina di accoppiarsi di nuovo, aumentando così le probabilità che la femmina userà lo sperma del maschio. Ma questo vanificherebbe l’intenzione della femmina di avere una prole diversificata. Così si libera di quello che ritiene superfluo.
La bursa copulatrix all’interno del loro apparato riproduttivo disintegra lo sperma maschile, infatti è dotata di strutture per macinare e schiacciare lo spermatoforo e la femmina di cavolaia assorbe le sue proteine e le utilizza per fornirle energia e produrre uova. Questa è un’altra ragione per la quale si accoppia così spesso, ma finora nessuno sapeva se gli spermatofore si dissolvevano gradualmente da soli o se le femmine li digerivano attivamente digerendo.
Il team di ricercatori guidato dalla bologa Melissa Plakke ha scoperto che la bursa copulatrix produce 9 enzimi diversi che digeriscono le proteine e che la sua capacità digestiva si attiva non appena la femmina emerge dalla crisalide e cresce nel tempo: tre giorni dopo che è diventata farfalla, una cavolaia un’attività enzimatica nella sua bursa due volte più alta di quella che c’è all’interno dell’intestino di un bruco, anche se la bursa è 20 volte più piccola. Quando una femmina si accoppia, nella bursa copulatrix i livelli degli enzimi scendono rapidamente, ma aumentano ancora non appena assorbe uno spermatoforo.
I risultati dei ricercatori dell’università di Pittsburgh suggeriscono che le femmine non spendano molto tempo ed energie nel controllo dei livelli degli enzimi nella loro bursa; lasciano semplicemente che gli enzimi si accumulino fino a che non si accoppiano. Ma così, se aspettasse troppo a lungo di accoppiarsi, una femmina potrebbe correre il rischio di digerire il suo stesso apparato riproduttivo, ma i ricercatori pensano che, nel mondo reale, questo non è mai stato un problema.