Una nuova prospettiva sulla varietà biologica dei carnivori. Lo studio, che porta la firma anche di Carmelo Fruciano di Unict, è stato pubblicato sulla rivista Nature Communications
La forza e la velocità del morso sono due caratteristiche fondamentali che hanno un impatto significativo sul comportamento e l'ecologia dei mammiferi carnivori.
Tuttavia esiste un equilibrio delicato tra queste due caratteristiche: non si può avere un morso sia forte che veloce.
Questo è quello che in inglese si definisce trade-off. L’esistenza di questo ed altri trade-off, sollevano importanti domande: l’esistenza dei trade-off in generale, ed in particolare questo osservato nel morso dei carnivori, influenza il processo evolutivo? E se sì, come?
Un team internazionale, guidato dai docenti Carmelo Fruciano dell'Università di Catania e Gabriele Sansalone dell'Università di Modena e Reggio Emilia ha recentemente pubblicato uno studio – dal titolo Unexpectedly uneven distribution of functional trade-offs explains cranial morphological diversity in carnivores – sulla prestigiosa rivista Nature Communications, che getta nuova luce su questa questione.
Il team, utilizzando tecnologie all’avanguardia per l’acquisizione e l’analisi dei dati, ha esaminato il cranio di 132 specie di carnivori cercando di capire come si sono evolute le caratteristiche che favoriscono un morso veloce rispetto a quelle che favoriscono un morso potente.
Relationship between cranial shape tip rates and trade-off weight w
Nello specifico il team ha acquisito le informazioni sulla forma del cranio con una combinazione di tecniche di bioimaging tridimensionale (come la tomografia assiale computerizzata) e di analisi della forma biologica (morfometria geometrica) e stimato velocità e forza del morso con tecniche di origine ingegneristica (analisi dei modelli finiti).
A questo punto, il team ha creato dei modelli della relazione tra forma del cranio e performance nel morso, individuando così quali forme del cranio corrispondono ad un morso forte, quali corrispondono ad un morso veloce (ma a scapito della forza) e quali rimangono più “generaliste” (cioè non ottimizzano né la forza, né la velocità del morso).
Il team di ricerca ha poi analizzato ulteriormente queste informazioni con tecniche statistiche che tengono anche conto delle relazioni evolutive tra le specie studiate. Si è così scoperto che la velocità di evoluzione della forma del cranio (quanto velocemente cambia la forma del cranio nel corso del processo evolutivo) non è direttamente correlata alla velocità di evoluzione della sua funzione, cioè quanto rapidamente i carnivori modificano l'ottimizzazione del morso verso un estremo (per esempio, maggiore forza) o un altro (per esempio, maggiore velocità).
Questo risultato ha importanti implicazioni sulla nostra comprensione del processo evolutivo.
Mapping of trade-off weight w on the carnivores’ phylogeny
«Questo risultato – spiega il prof. Gabriele Sansalone - suggerisce che non ci sia una relazione diretta tra forma e funzione ma piuttosto che forme del cranio molto diverse fra loro (ad esempio, quella delle iene che possono rompere ossa, dei panda che possono mangiare bambù e dei leoni che sono definiti “ipercarnivori”) possano produrre un morso di simile potenza».
Lo studio comprendeva sia specie di mammiferi placentali (che è quel gruppo di mammiferi che conta il maggior numero di specie ed include la maggior parte dei mammiferi che ci sono familiari, come cani, gatti, orsi e leoni), sia specie di mammiferi marsupiali. I marsupiali sono quel gruppo di mammiferi che comprende animali come canguri, koala ed opossum e che, nel caso dello studio in questione, comprendeva alcune rare specie carnivore (in qualche caso estinte).
Tra le loro particolarità, i marsupiali sono caratterizzati da una nascita “prematura” e da un lungo sviluppo del neonato che rimane a lungo attaccato ai capezzoli, protetto da una tasca sulla pancia della madre. Tradizionalmente, si pensa che questo sviluppo così particolare dei marsupiali limiti la loro abilità di evolvere.
Ma in questo studio si è visto che, almeno per la relazione tra forza del morso e forma del cranio, non è così. Questo suggerisce che il particolare sviluppo dei marsupiali non ha costituito un limite per la loro evoluzione morfologica e funzionale.
Un esemplare di iena
I ricercatori, infine, hanno osservato che i carnivori che hanno ottimizzato la velocità del morso (a scapito della sua forza), hanno un cranio più variabile rispetto a quelli che hanno ottimizzato un morso potente (a scapito della sua velocità).
«I nostri risultati ci fanno capire che ci possono essere molti modi diversi per evolvere un morso veloce, ma ci sono decisamente meno modi per evolvere un morso forte», spiega il prof. Fruciano, associato di Zoologia al Dipartimento di Scienze biologiche geologiche e ambientali dell’ateneo catanese.
«Le specie che hanno evoluto un morso più forte sono in numero minore rispetto a quelle che hanno evoluto un morso più veloce, ma questo potrebbe semplicemente dipendere dal fatto che è meno probabile evolvere la forma del cranio associata ad un morso forte», aggiunge.
In ultima analisi, questo studio rivela come la varietà di organismi che ci circonda sia stata plasmata da sottili interconnessioni tra forma e funzione che hanno influenzato il processo evolutivo. Lo studio, quindi, evidenzia come i trade-off, come quello tra forza e velocità del morso, siano un fattore da considerare attentamente quando cerchiamo di capire come una così grande varietà di forme di vita si sia evoluta sul nostro pianeta.
Il prof. Carmelo Fruciano