Il successo degli insetti.

                   A primavera tutta la natura si risveglia, rivestendosi di suoni e di colori:   gli alberi  si rivestono di nuove foglie  verde tenero; e presto splenderà in tutta la sua gloria il miracolo dei fiori, con l’infinita varietà delle tinte e delle forme. Ebbre di profumo e di nettare, le farfalle passano dall’uno e l’altro. Sì! Perché si sono svegliati anche gli  insetti.

                Già, gli insetti che infestano le piante da appartamento non meno di quelle di serra e quelle all’aria libera. Tanto più numerosi quanto l’ambiente è umido e la temperatura mite, o addirittura rovente come nelle aree tropicali. Né andiamo esenti noi uomini, presunti re della terra. Basti pensare al popolo delle zanzare che, se per gli abitanti delle regioni temperate rappresentano poco più di un fastidio, nella fascia intertropicale diventano spesso portatrici e strumento di diffusioni di microrganismi anche mortali.

          E anche nelle nostre case le zanzare non sono gli unici insetti a farci scomoda compagnia: formiche, mosche, tarme e simili non sono da meno. Le stesse farfalle che tanto ci rallegrano la vista, oltre che provvedere a impollinare i fiori, possono combinare guai, per esempio i “vermi” che troviamo a volte nella frutta sono in realtà bruchi nati dalle uova che le farfalle depositano sui fiori. 

Ma allora cosa ci stanno a fare gli insetti?

    Ho già accennato all’impollinazione e potrei andare avanti nell’illustrare ruoli svolti dagli insetti, in qualche modo benefici anche per noi umani.  Qui però vorrei invece sottolineare 

quanto sia erroneo e deviante il luogo comune che tutto in natura – vegetali, animali ecc’ – sia principalmente, se non proprio esclusivamente, al servizio dell’uomo, sedicente centro e arbitro assoluto della vita su questo pianeta.

Non è così.

La natura va avanti indipendentemente dall’uomo e gli esseri viventi attuali sono frutto di una lunga evoluzione che non procede in modo lineare ma si svolge seguendo molti e diversi rami. Ebbene, se i mammiferi (tra cui l’uomo) si possono considerare al top del ramo evolutivo dei vertebrati, gli insetti sono senz’altro al top del ramo evolutivo degli invertebrati. 

Gli insetti, che sono stati i primi colonizzatori degli ambienti terrestri hanno imparato a sfruttare una  infinità di nicchie e habitat fortemente differenziati:  essendo presenti  da per tutto,  persino negli ambienti più estremi, come i deserti  e le regioni glaciali. 

Pensate che più del 70% delle specie animali oggi  esistenti è rappresentato proprio   dagli  insetti.

 Ma a cosa devono il loro successo? 

Lo devono ad una combinazione di fattori acquisiti nel corso della loro evoluzione iniziata oltre 300 milioni di anni fa.  

Qualche esempio:

1.     Sono piccoli e quindi adattabili a mini habitat inaccessibili ad animali più grandi.

2.     Molti  sono dotati di ali e il volo facilita il raggiungimento del cibo o del partner, offrendo loro anche più numerose e rapide vie di fuga dai nemici.

 Tra l’altro molti di essi possiedono occhi composti che permettono loro  di  guardare  simultaneamente in  diverse direzioni e di percepire come distinti centinaia di impulsi luminosi al secondo; così  da esplorare l’ambiente nei suoi continui e talora repentini cambiamenti.

    3. Sono forniti di  un esoscheletro leggero e, al contempo, robusto, che  consente  il           movimento degli arti.  Il componente principale di questo esoscheletro è la chitina: uno zucchero!!!

   4.  L’esoscheletro è spesso permeabilizzato da uno strato ceroso che evita la           disidratazione (una cavalletta in un campo di grano sotto il solleone di agosto morirebbe se non  disponesse di  questo strato protettivo).

   5.  Possiedono apparati boccali capaci di perforare, tagliare o triturare materiali   anche  molto resistenti,  come il legno, potendosi così assicurare  risorse alimentari  svariate e spesso precluse ad altri animali.

   6. Hanno sviluppato un sistema di respirazione senza bisogno di pigmenti   trasportatori (come  la nostra emoglobina). Si tratta del sistema tracheale, ovvero di  una rete  assai estesa di tubicini a parete sottile che si ramificano in ogni parte del corpo cellula per cellula.  Sono i movimenti muscolari stessi a trascinare l’aria nelle trachee grazie agli spiracoli, ovvero piccole aperture presenti sul torace e sull’addome.

7.     La maggior parte degli insetti attuano la metamorfosi che permette loro di avere il meglio di due mondi durante la crescita, prima, e la riproduzione poi. Alcuni, come le zanzare sfruttano da larve gli ambienti acquatici e gli habitat terrestri da adulti.

 8.  Un ulteriore fattore  di successo è la loro rapida moltiplicazione, dovuta al breve ciclo biologico e a un formidabile potenziale riproduttivo. Un solo esempio: la Drosophila, il moscerino della frutta usato per gli studi di genetica,  può, in condizioni ottimali di laboratorio, produrre anche  25 generazioni l’anno. Visto che ogni femmina può produrre fino a 100 uova, il numero di moscerini prodotti al termine della 25° generazione sarebbe stratosferico!!!

Per fortuna in natura le condizioni ottimali sono rare. 

Però questa rapidità di riproduzione comporta un’accelerazione del processo evolutivo; ragion per cui le nuove generazioni di insetti, figlie degli individui che hanno meglio resistito alle avverse condizioni ambientali e agli insetticidi, sono ogni volta più agguerrite e la lotta tra noi umani e gli insetti continua spesso con effetti collaterali gravi per l'ambiente in genere!!!!!

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Insieme (ai microrganismi) si può ovvero simbiosi ed evoluzione

Insieme (ai microrganismi) si può .......ovvero simbiosi ed evoluzione

Non sempre l’evoluzione biologica è guidata dalla competizione, in molti casi è basata sulla cooperazione.  Sia chiaro che questa affermazione non si contrappone alla teoria di Darwin, ma in qualche modo la integra.

Infatti l’evoluzione di una specie può consistere anche nel “tirarsi fuori dalla competizione” ad esempio adattandosi ad una dieta particolare o colonizzando ambienti difficili. Questo è spesso reso possibile dalla simbiosi. Come dire che:

 insieme diventa possibile quello che non lo sarebbe da soli.

Volete qualche esempio? eccone uno:

Nella foto è rappresentato un afide, un piccolo insetto detto "pidocchio delle piante". Si tratta di uno di quegli orribili animaletti che infestano anche le nostre piante da balcone o da giardino. A noi possono dar fastidio ma, da un punto di vista naturalistico, gli afidi sono dei veri fenomeni. Infatti, nel corso dell'evoluzione, si sono assicurati una risorsa abbondante in natura ma poco sfruttata da altri animali, per la quale quindi, non devono temere "concorrenti. Si tratta della linfa delle piante.

Perchè questa risorsa è così poco sfruttata?

Perché contiene solo zuccheri e niente proteine.

Quindi, poiché la maggior parte degli animali devono assumere le proteine mangiando (infatti non sono in grado di sintetizzare tutti gli amminoacidi cioè i "mattoni" che formano le proteine) una dieta di sola linfa non può essere sufficiente.

E allora, come hanno risolto il problema gli afidi?

semplice........ospitando un batterio chiamato Buchnera che, in

 in cambio di protezione e di disponibilità di sostanze per il proprio metabolismo, fornisce gli amminoacidi mancanti.

 Il rapporto, la simbiosi appunto, è diventato così stretto che i due organismi non possono più vivere l’uno senza l’altro!  Buchnera ha addirittura trasferito buona parte del suo genoma nel genoma dell’ospite, che probabilmente provvede a fornirgli le sostanze corrispondenti.

A volte, come si dice per le ciliegie, una simbiosi tira l’altra.

Avete fatto caso che spesso ci sono formiche intorno alle piante infestate dagli afidi?

Questo perché, nonostante l'aiuto del loro simbionte Buchnera gli afidi, devono ingerire molta linfa per sostenersi e riprodursi. Di conseguenza, espellono abbondante sostanza di rifiuto sotto forma di una sorta di melassa detta melata di cui, diverse specie di formiche, si nutrono. In cambio del nutrimento ricevuto, le formiche proteggono gli afidi, che hanno un corpo molle e nella maggior parte dei casi sono privi di strumenti di difesa, dai nemici naturali (predatori, parassiti). 

Altra dieta particolare è sicuramente il legno: una risorsa organica molto abbondante in natura ma che gli animali in genere non sono in grado di digerire.  

Eppure, un certo numero di essi hanno acquistato, nel corso dell’evoluzione, la capacità di nutrirsene. 

I più noti tra questi animali sono le Termiti (qui nella foto) che costituiscono un ordine di insetti (isotteri) esclusivamente xilofagi  (cioè mangiatori di legno), molto studiati per la loro complessa organizzazione sociale nonché per i danni che possono provocare negli insediamenti umani. Pensate che  negli Stati Uniti  provocano ogni anno danni per un miliardo di dollari. 

Però le termiti hanno una notevole importanza ecologica infatti l’equivalente di un terzo di tutta la materia prodotta ogni anno dalle piante viene divorata da loro. In un ecosistema terrestre, la produzione di materia vivente è quasi ininterrotta, e se essa non venisse demolita con una velocità pari a quella con cui viene formata, dopo poco tempo il sistema entrerebbe in crisi, perché verrebbero a mancare sia lo spazio per i nuovi organismi, sia i materiali indispensabili per lo stesso processo produttivo.

Ma come possono le termiti trarre nutrimento dal legno?

Risposta: possono farlo grazie ai simbionti che ospitano nel loro apparato digerente.

Si tratta di una comunità complessa formata da microrganismi procarioti ed eucarioti, spesso a loro volta associati in simbiosi.

Infatti molti eucarioti ospitano al loro interno o sulla loro superficie dei procarioti. Il flagellato gigante Mixotricha paradoxa (misura circa 500 micrometri di lunghezza!), ospita sulla sua membrana spirochete di almeno tre tipi diversi. Queste spirochete formano una sorta di frangia su tutta la superficie dell’ospite e, con il loro battito coordinato, ne permettono lo scivolamento tra le cellule intestinali della termite.

Questo  delle termiti è tuttavia soltanto un esempio di simbiosi “digestive”, scelto tra quelli più specializzati, ma la situazione negli erbivori in genere non è molto diversa. 

Del resto noi stessi “umani” siamo aiutati nella digestione dalla cosiddetta “flora intestinale” che altro non è se non una differenziata comunità batterica.

Volete anche esempi di colonizzazione di ambienti estremi?

Ecco un primo esempio: vita in anaerobiosi

Il metabolismo della cellula eucariotica ( cioè l’insieme dei processi chimici che avvengono al suo interno) è basato sull’ossigeno. Quindi, in generale, gli organismi uni o pluricellulari eucariotici senza ossigeno non possono vivere.

Ci sono però,sul nostro pianeta, ambienti anaerobici (senza aria) più estesi e diversificati di quanto possiate immaginare: basta pensare,come esempio, agli strati profondi dei  sedimenti marini e d’acqua dolce. In ambienti d’acqua dolce poi, ad una certa profondità, l’ossigeno può mancare anche nella colonna d’acqua, almeno in certe stagioni.

Questi ambienti, contrariamente a quanto si potrebbe pensare,  sono ricchi di vita!

Molti procarioti infatti non hanno bisogno di ossigeno e trovano in questi ambienti il loro habitat ideale. Capirete, lì si accumula tutta la sostanza organica proveniente dagli organismi che vivono negli strati superiori:  sostanze di rifiuto, insomma cacca e pipì, secrezioni, cadaveri.  Una vera pacchia per batteri decompositori!

 La produzione di questi batteri però resterebbe lì confinata, inutilizzata, se non ci fossero dei protisti, quindi microrganismi eucariotici, adattati a vivere senza ossigeno i quali, nutrendosi dei batteri stessi la rimettono in circolo.  Questi protisti infatti potranno essere mangiati da altri che vivono un po' più in alto, dove c’è ancora ossigeno, questi a loro volta saranno mangiati da piccoli animali……. e così via.

E la simbiosi cosa c’entra?

C’entra, visto che tutti gli eucarioti anaerobici (oltre ai protisti ci sono dei funghi) sono privi di mitocondri (gli organuli cellulari per il cui funzionamento è indispensabile l’ossigeno) ma contengono organuli sostitutivi dei mitocondri stessi, come questi ultimi di origine simbiotica, cioè derivati da un antico simbionte ormai 
divenuto un organulo. Sono organuli diversi dai mitocondri e diversi tra di loro:  come se fossero stati acquistati in tempi e modi diversi nei vari organismi per permettere loro di vivere senza ossigeno…comunque sempre a partire da un evento simbiotico.

 Ma, ancora una volta, una simbiosi ne tira un’altra!

Infatti  la maggior parte dei protisti che vivono nei sedimenti marini anaerobi ospitano batteri metanogeni  (cioè produttori di metano), che utilizzano l’idrogeno accumulato negli idrogenosomi (il più comune tipo degli organuli di cui sopra) migliorando in tal modo l’efficienza metabolica del loro ospite.

Vale forse la pena di ricordare che la formula del metano è CH₄ dove C= carbonio e H= idrogeno. Quindi è facile capire com’è utile per quei batteri avere una sorta di serbatoio di idrogeno!.




Andiamo ora nelle profondità marine, dove non c’è luce e quindi non c’è fotosintesi.  
Eppure,  già dalle prime esplorazioni, si è scoperto che in vicinanza delle sorgenti idrotermali sottomarine, vivono abbondanti e diversificate comunità di organismi.  Qual’ è la fonte energetica in questi ambienti? non certo il sole! Stiamo parlando di oltre 5000 metri di profondità.  Sono i batteri chemioautotrofi,  batteri cioè che  adoperano come substrato diversi composti inorganici contenenti zolfo, abbondanti nei getti delle sorgenti.  Pensate che la produzione primaria delle sorgenti termali delle Galapagos è 2-3 volte superiore a quella della stessa zona geografica, basata sulla fotosintesi negli strati in cui arriva la luce. Gli animali si nutrono di questi batteri o di altri animali che si sono nutriti dei batteri.

E la simbiosi?

Ecco due soluzioni diverse per adattarsi, per mezzo della simbiosi, a questo ambiente, obiettivamente particolare  












Riftia pachypila.



Questo animale,  (incluso tra gli anellidi oligocheti) ed è una sorta di verme gigante che forma degli estesi gruppi attaccati al substrato soprattutto di basalto. Riftia ha un lungo, sottile, tubo composto di chitina e scleroproteine che può raggiungere 1,5 m di lunghezza, a protezione del corpo molle. Le piume colorate di rosso-arancio, vengono estroflesse dal tubo.

 Riftia non ha bocca né apparato digerente. Presenta invece un sacco contente innumerevoli batteri chemioautotrofi, ossidatori di zolfo, batteri cioè che per svolgere la loro funzione, hanno bisogno di zolfo e di ossigeno. Questi due gas però si escludono a vicenda anche perché i composti ridotti dello zolfo tendono ad ossidarsi spontaneamente. Perciò i batteri devono stare all’interfaccia tra zona ossidata e zona sulfurea..

In Riftia la simultanea assunzione di zolfo e ossigeno avviene grazie ad un particolare adattamento. Questi animali possiedono infatti due tipi di  emoglobina: un tipo lega l’ossigeno ( come ogni emoglobina che si rispetti!) per poi rilasciarlo in tutto l’organismo, l’altro lega lo zolfo in modo reversibile ( se la nostra emoglobina venisse a contatto con lo zolfo lo legherebbe in modo definitivo impedendo il legame con l’ossigeno e…. saremmo fregati). Così, attraverso l’apparato circolatorio, sia zolfo che ossigeno vengono trasportati nel trofosoma ( il sacco con i batteri) per essere utilizzati dai batteri stessi dai quali poi Riftia prende il nutrimento.

Alvinella pompeiana

Ancora più vicino alle sorgenti termali, dove la temperatura è molto alta, ambienti vive Alvinella pompeiana. IL riferimento a Pompei nel suo nome non è casuale infatti questo anellide polichete, per quanto si sa fino adesso, è l’animale che sopporta le più alte temperature: può vivere anche a 90° C. . A differenza di Riftia, Alvinella ha bocca e apparato digerente e non ha simbionti interni. Ha però simbionti esterni  il cui ruolo è probabilmente quello di  rendere l’ambiente meno tossico ossidando i solfuri e “sequestrando” i metalli pesanti. 

Il sistema A. pompejana con i suoi batteri potrebbe quindi rendere più adatto l'ambiente anche per altre specie.

 Avete  notato che in tutti gli esempi che ho citato sono coinvolti dei microrganismi (procarioti o eucarioti)?  

Spetta ad una scienziata americana, morta di recente (LYnn Margulis) il merito di aver sottolineato il ruolo dei microrganismi nell’evoluzione e nel mantenimento della vita a tutti i livelli.

Anche noi umani, che ci riteniamo organismi superiori, dipendiamo da simbionti batterici! Basti pensare alla cosiddetta “flora intestinale”  composta da migliaia di specie diverse di microrganismi la cui funzione è la disgregazione delle sostanze che il nostro sistema non è in grado di smantellare, come le cartilagini e le molecole di cellulosa. Un'altra funzione importante è la sintesi di sostanze indispensabili, ad esempio la vitamina K, che svolge un ruolo essenziale nella coagulazione del sangue.