L’evoluzione è negli occhi di chi guarda (o nella lingua di chi assaggia)

SCOPERTE – L’”immagine” (intesa in senso multisensoriale) di una specie si evolve secondo limiti stabiliti dagli occhi che la guardano, le orecchie che la ascoltano, i nasi che la annusano, le dita che la toccano e le lingue che la assaggiano. È un’intuizione che risale già a Darwin, ma che è difficile da provare con il metodo sperimentale, cosa che però pare essere riuscita in maniera piuttosto brillante a Vladislav Nachev e York Winter, entrambi dell’Università Humboldt di Berlino e, rispettivamente, primo autore e coordinatore di uno studio pubblicato su Science che ha utilizzato una sapiente miscela di ricerca sul campo, in laboratorio e in silico.

Facciamo prima un passo indietro: perché la tigre ha le strisce? E da dove originano le corolle così sgargianti dei fiori? Senza degli occhi che le guardino il loro aspetto sarebbe irrilevante: nel caso della tigre, il manto si è evoluto per ingannare il sistema visivo delle prede, nel caso dei fiori, al contrario, per catturare lo sguardo degli impollinatori, spesso con segnali invisibili ad altre specie. Esempi del genere sono pervasivi in natura, e gli esperti sostengono da tempo che i tratti osservabili di una specie evolvono anche sulla base delle percezioni di altre. Il problema è che è molto difficile dare una prova sperimentale stringente a questa ipotesi. Non possiamo infatti manipolare né il sistema visivo degli animali, né l’evoluzione dei tratti di una specie. O forse possiamo? Lo studio di Nachev e colleghi, (a cui Science ha dedicato anche un commento) è un esempio di uso sapiente di vecchie e nuove tecnologie che risolve in modo sorprendente questo limite. 

Quando “di più” non conta più

Parte della ricerca, che ha utilizzato esemplari di Glossophaga commissarisi, una specie di pipistrello che si nutre di nettare, si è infatti svolta sul campo (nelle foreste del Costa Rica – Stazione Biologica La Selva), parte in laboratorio e parte in un mondo virtuale simulato al computer.

Nachev e colleghi sono partiti da un apparente paradosso che si osserva nei fiori che hanno come impollinatori i vertebrati (quindi anche i fiori di cui si nutrono i pipistrelli, come la Werauhia gladioliflora simulata negli esperimenti): anziché massimizzare la concentrazione di zuccheri nel nettare, questi fiori offrono ai loro visitatori una soluzione piuttosto diluita. Questo fenomeno è controintuitivo. Ammettendo che per un pipistrello sia più conveniente scegliere il fiore con il nettare più nutriente, dovrebbero venire selezionati gli esemplari di fiore con il nettare più zuccherino, portando la specie a evolvere in questa direzione.

Il problema non è però tanto quale sia il cibo più nutriente in assoluto, ma l’efficienza dei pipistrelli nel percepirlo. Secondo gli autori infatti in questo tipo di valutazione entra per forza in gioco la legge di Weber, una relazione psicofisica ben nota agli psicologi sperimentali (formulata già nel 1860) che dice sostanzialmente questo: l’intensità assoluta di uno stimolo influenza la capacità dei soggetti di distinguerlo da uno di intensità leggermente diversa. Detto con un esempio: è più facile distinguere, soppesando ciascuno in una mano contemporaneamente, un peso pari a 1 kg e un altro pari a 1,1 kg,  che uno di 10 kg e uno di 10,1 kg, pur essendo la differenza in grammi nelle due coppie la stessa.

Questo implica, tornando all’esempio dei fiori, che gli aumenti nella concentrazione di zucchero in una soluzione già molto zuccherina non vengono percepiti dall’impollinatore, mentre sono facilmente rilevabili a concentrazioni basse. Questo, spiegano gli autori, se unito all’effetto di un’altra variabile – la quantità di nettare erogato dal fiore, che diventa un parametro alternativo usato dagli animali per scegliere il fiore dove nutrirsi – provoca l’effetto complesso e paradossale del nettare diluito.

Fiori artificiali nella giungla

Nella prima fase della ricerca Vechev e colleghi hanno misurato (usando radiocollari e fototrappole) il comportamento dei pipistrelli in natura e tracciato la risposta evolutiva di alcuni fiori artificiali, che “mimavano” le Werauhia, alle pressioni selettive esercitate dagli animali.

I fiori artificiali erogavano nettare in concentrazione inizialmente casuale (alta o bassa). Ogni fiore era caratterizzato da un “genoma virtuale”, che codificava la qualità del nettare. I pipistrelli che si spostavano da un fiore all’altro portavano con sé del “polline virtuale” fecondando gli altri. In questo modo, più una pianta veniva frequentata, più i suoi geni avevano chance di essere passati alla generazione successiva poiché fecondavano un maggior numero di altri esemplari. E di conseguenza generavano più “semi virtuali” con dentro parte del loro genoma. Alla fine di ogni giornata, sulla base di questo meccanismo realistico, si creava una nuova generazione di fiori, in cui man mano che procedeva il processo evolutivo (con cicli dalle 15 alle 50 nuove generazioni) iniziavano a prevalere i tratti selezionati dal comportamento dei pipistrelli.

Nel corso di questa selezione naturale virtuale la concentrazione zuccherina media del nettare confluiva verso un valore intermedio: se la concentrazione iniziale del fiore era alta finiva per abbassarsi, se partiva bassa finiva per alzarsi, e in entrambe le situazioni si arrivava a una percentuale di zucchero di circa il 36%, molto simile a quello che si osserva nelle piante reali.

Questa osservazione però non basta a dimostrare  il ruolo della legge di Weber. Per farlo gli scienziati hanno condotto una nuova serie di esperimenti, questa volta completamente simulati, dove erano virtuali sia i fiori sia i pipistrelli. L’unica differenza nel setting sperimentale (a parte la virtualità) era che i pipistrelli si dividevano in due categorie: quelli in grado di cogliere qualsiasi differenza di concentrazione di zucchero nel nettare e quelli limitati dalla legge di Weber. Nelle simulazioni era inserita anche un’altra variabile, e cioè la quantità di nettare erogata da ciascun fiore che poteva essere bassa o alta, e che fungeva da parametro alternativo che gli animali potevano usare per scegliere il fiore quando la differenza in concentrazione non funzionava più.

I risultati dimostrano che la confluenza verso una concentrazione media di nettare si ottiene solo con i pipistrelli che si comportano secondo la legge di Weber, e non con gli altri. Ed è a questo punto che si può lecitamente sostenere che è proprio questa caratteristica di funzionamento del sistema percettivo (comune in molte specie) a influenzare i tratti dei fiori della specie visitata dai pipistrelli.

I ricercatori hanno comunque chiuso il cerchio replicando nuovamente l’esperimento fatto sul campo in laboratorio (con pipistrelli reali e fiori artificiali) ottenendo di fatto lo stesso risultato precedente, e cioè la confluenza nel corso dell’evoluzione verso una concentrazione zuccherina media del nettare pari al 36%.

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