Come fa un predatore a sapere se una preda sia tossica se quando la mangia muoiono entrambi?

L’evoluzione del veleno nelle prede

Questo post nasce dalla domanda di un lettore, Claudio Falco, che ha sollevato qualche giorno fa un quesito molto interessante.

Claudio mi ha chiesto:“il veleno come meccanismo difensivo dona a chi lo possiede un indiscusso vantaggio evolutivo, ma come fa la mutazione che lo causa ad affermarsi nella popolazione se il veleno ha effetto solo una volta che la preda viene mangiata?”

Senza saperlo Claudio ha posto la domanda alla base di quello che nella comunità scientifica è conosciuto come paradosso dell’aposematismo.

L’EVOLUZIONE DEL VELENO NELLE PREDE
Rana appartenente alla famiglia Dendrobatidae. © shorturl.at/blwHZ

Cos’è l’aposematismo?

L’aposematismo è l’assunzione, da parte di un organismo, di un segnale (colore, suono, odore) ai fini di avvertimento contro possibili predatori. La forma più comune è la colorazione relativamente appariscente di una porzione più o meno estesa del corpo.

Gli animali che utilizzano colori aposematici sono tossici o velenosi, oppure hanno semplicemente un sapore sgradevole per i potenziali predatori. La colorazione ha un effetto win-win, nel senso che l’animale aposematico non viene predato, mentre il predatore si evita nella migliore delle ipotesi un pasto di merda, nella peggiore, una morte atroce per avvelenamento.

Si ipotizza che, in un processo di selezione reciproca simultanea, si sia selezionato un numero ristretto di colori particolarmente efficienti come segnali per i predatori. Questi sono il giallo, il rosso, l’arancio e l’azzurro, in genere collocati su uno sfondo tale da esaltare il contrasto: lo sfondo può essere nero o bianco, oppure un altro dei colori aposematici. Accostamenti particolarmente diffusi sono il rosso e il nero (es. vedova nera, alcune rane) e il giallo e il nero (es. api, vespe e alcune rane).

L’EVOLUZIONE DEL VELENO NELLE PREDE
Vedova nera (Latrodectus mactans). © Laurence Grayson via www.flickr.com/photos/lgrayson
L’EVOLUZIONE DEL VELENO NELLE PREDE
Esemplare di vespa © Shutterstock – Daniel Prutek

Il paradosso

Come anticipato da Carlo, l’aposematismo è in un certo senso paradossale in termini evolutivi. I primi individui a sviluppare colori vivaci avrebbero uno svantaggio selettivo immediato a causa della loro maggiore visibilità, aumentando le probabilità della loro individuazione e cattura. Questo causerebbe l’eliminazione del tratto prima che i predatori imparino ad associarlo alla tossicità e ad evitarlo [1].

In questo scenario le variabili da focalizzare sono tre: la tossicità della preda, il segnale aposematico (tipo l’insorgenza di un colore appariscente), l’associazione colore-tossicità-mi_viene_il_cagotto del predatore.

L’EVOLUZIONE DEL VELENO NELLE PREDE
Harlequin poison-dart frog (Oophaga histrionica). © shorturl.at/jPX26

Le teorie supportate da studi scientifici

Molti animali sono velenosi non perché producano attivamente tossine ma a causa della propria alimentazione [2]. Spesso sono le piante, nella loro perenne gara evolutiva con animali erbivori, a sviluppare e ad essere la fonte delle tossine che poi si accumulano nella catena trofica. Molte delle rane velenose ricavano infatti le loro tossine nutrendosi di insetti che a loro volta si sono nutriti di piante tossiche. Queste sostanze possono rappresentare esse stesse il veleno, o possono essere rielaborate dagli enzimi dell’animale in sostanze diverse.

Ci sono però diverse teorie supportate da dati che possono spiegare il fenomeno.

Teoria 1

Una preda comincia a nutrirsi di una pianta velenosa divenendo tossica a sua volta, se anche un predatore mangiasse un individuo, comunque tutto il resto della popolazione continuerebbe a nutrirsi della stessa fonte di cibo, esprimendo la tossicità. Questa preda potrebbe a un certo punto sviluppare un colore aposematico. Tale segnale ne incrementerebbe la visibilità e potrebbe nel tempo venire associato dal predatore al messaggio “cibo dimmerda”, riducendo i casi di “predazione per errore” e favorendo la fissazione del tratto.

Teoria 2

Molti veleni sono tanto tossici per un predatore quanto per la preda stessa, infatti vengono contenuti in organelli particolari, lontani dal flusso sanguigno o da organi vitali. Spesso le tossine vengono confinate nell’epidermide e questo può causare differenze di colore dalla forma “non tossica” di un animale. Molti predatori sono particolarmente conservatori nelle loro preferenze alimentari. Se improvvisamente si trovassero a tiro una potenziale preda dai colori sgargianti a cui non sono abituati, preferirebbero evitarla e puntare a qualcosa di più familiare e “sicuro”[3].

A riguardo sono stati eseguiti diversi esperimenti con degli uccelli tenuti in grandi voliere dove è stato dimostrato che le preferenze alimentari dei predatori addirittura aiutino a fissare il nuovo carattere. Proprio perché un predatore tende a mangiare ciò a cui è familiare, il numero di individui con il tratto “colore sgargiante” è destinato ad aumentare, visto che non viene predato. Questo succede anche se si introducono nella voliera tanti individui “colorati” e pochi individui “normali”. Il predatore andrà tendenzialmente verso la preda normale, un po’ come quando noi dopo aver letto 12 pagine di menù scegliamo sempre la stessa pizza.

Teoria 3

Alcuni esperimenti suggeriscono che la colorazione vivace velocizzi il processo di apprendimento dei predatori a evitare tali prede. Altri esperimenti eseguiti su pulcini domestici e storni inesperti mostrano come gli animali tendano ad evitare in modo innato prede particolarmente colorate [4]. Ciò suggerirebbe un qualche meccanismo genetico che faccia risultare “poco appetibile” una preda dai colori aposematici. Un po’ come se noi vedessimo una fetta di torta che però puzzasse di latte rancido lasciato nel borsone della palestra per due settimane. Per quanto teoricamente mangiabile, non ci verrebbe esattamente l’acquolina in gola. Mi spiego?

Teoria 4

Un’altra possibilità è che in una specie che produca sostanze tossiche o deterrenti, il gene responsabile dell’aposematismo possa essere recessivo e localizzato sul cromosoma X. In questo caso i maschi XY sarebbero colorati e i predatori imparerebbero (a spese dei maschi e delle femmine omozigoti recessive) ad associare il colore alla “sgradevolezza”, mentre le femmine eterozigoti porterebbero il tratto fino a quando esso non diventa comune e i predatori comprendono il segnale [5]. A questa teoria se ne può associare una seconda che ha sfondi sessuali. Le femmine potrebbero preferire i maschi più luminosi e colorati, quindi la selezione sessuale potrebbe tradursi in maschi aposematici che hanno un successo riproduttivo più elevato rispetto ai maschi non aposematici (ammesso che sopravvivano abbastanza a lungo da accoppiarsi).

Conclusione

La materia è ancora oggetto di studio e molti scienziati passeranno ancora anni a chiedersi se sia nata prima la tossicità della preda o la consapevolezza nel predatore della tossicità. Le teorie precedentemente illustrate non si escludono a vicenda e in un ecosistema complesso possono coesistere. Ma il punto qual è?

Il punto è che ogni mattina, in Africa, quando sorge il Sole, non è importante che tu sia una rana o un serpente. L’importante è che sei velenoso me lo dici prima.

L’EVOLUZIONE DEL VELENO NELLE PREDE
Red-bellied black snake (Pseudechis porphyriacus). © https://jooinn.com/black-snake-4.html

2 pensieri riguardo “Come fa un predatore a sapere se una preda sia tossica se quando la mangia muoiono entrambi?

  • 23 Aprile 2020 in 16:45
    Permalink

    Interessantissimo!
    Da profano, se ho ben capito le teorie 2 e 3 mostrano che la colorazione già di per sé sembrerebbe un deterrente per il predatore; ma, mi chiedo, se così fosse non dovremmo aspettarci una gran quantità di prede con colori aposematici anche senza essere velenose o sgradevoli? Insomma, visto che funziona, perché nessuno bluffa?
    Mi verrebbe da rispondere che quando si bluffa troppo il bluff perde di valore, perché l’avversario è più incentivato a “vedere”, quindi se anche in passato si fosse diffusa la moda dei colori sgargianti, ad un certo punto probabilmente i predatori avrebbero iniziato ad assaggiarli lo stesso scoprendo che molti erano buoni, rendendo quindi inefficace il segnale di quelli velenosi, costretti a inventarsi qualcos’altro.
    Questo mi porta a pensare che le teorie 2 e 3 non possano essere sufficienti da sole. Ma in effetti, così come sono descritte più che teorie mi sembrano evidenze sperimentali.

    Ha senso tutto ciò?

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    • 23 Aprile 2020 in 17:14
      Permalink

      Ciao Giammario,
      grazie per il tuo commento, come dici tu i tentativi di bluff sono una strategia, e infatti in natura ce ne sono tantissimi e prendono il nome di mimetismo batesiano e parzialmente anche il mimetismo mülleriano. Sono tipi di mimetismo in cui specie innocue imitano specie tossiche per “fregare” i predatori.
      Ovvio però che la strategia ha senso se adoperata nel contesto giusto, con i predatori giusti ma soprattutto se arriva la mutazione giusta. Come abbiamo spesso detto, una specie non decide in che direzione evolversi, ma subisce il processo in maniera passiva. Ergo, non è così scontato il discorso di “se questo funziona allora perchè non lo fanno tutti”.
      Le teorie riportate poggiano su evidenze sperimentali che sono i paper citati, però ognuna dimostra cosa succede in un sistema ben preciso, con delle precise specie e delle precise condizioni. Descrivono una tessera del puzzle e non l’immagine d’insieme. Sono tutte valide a precise condizioni ma non è detto che lo siano per ogni caso.

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