Queste tre specie di rospi spadefoot si trasformano in modo diverso. Le prime due specie da sinistra sono in grado di regolare i tempi della loro metamorfosi modulando la produzione di ormoni. La specie a destra ha un periodo fisso per la loro metamorfosi. È tutto grazie agli stagni in cui vivono. Credito:Robert Denver
Diverse specie di rospi spadefoot si avvicinano alla metamorfosi in modo diverso, ed è tutto grazie allo stagno in cui sono cresciuti, secondo un team di ricercatori che include uno scienziato dell'Università del Michigan.
I ricercatori hanno scoperto che alcune specie possono regolare i tempi della loro metamorfosi regolando la produzione di ormoni, mentre la tempistica di altre specie è fissa.
Il loro studio, pubblicato in Comunicazioni sulla natura , è uno dei primi a fornire un meccanismo, in questo caso, le differenze nei modi in cui la metamorfosi è controllata dagli ormoni in diverse specie di rospo pipistrello, che è alla base di una teoria chiamata accomodamento genetico. La teoria è stata introdotta più di 15 anni fa da Mary Jane West-Eberhard, una biologa evoluzionista che ha completato tutti i suoi gradi alla U-M, afferma l'autore dello studio Robert Denver, un neuroendocrinologo dello sviluppo U-M.
In questa teoria, quando organismi di qualsiasi tipo, microbi, piante o animali:sperimentano i cambiamenti nel loro ambiente, col tempo, quell'organismo può cambiare il suo fenotipo, o le sue caratteristiche fisiche, che si sviluppano in reazione al suo ambiente. West-Eberhard ha suggerito che le differenze tra specie e nuovi fenotipi possono evolvere attraverso il cambiamento del loro fenotipo ancestrale. Questi cambiamenti vengono poi fissati attraverso il processo di accomodamento genetico.
La specie di rospo Pelobates cultripes può indurre metamorfosi quando avverte che il suo stagno si sta prosciugando per fuggire come un giovane rospo. Credito:Università del Michigan
"Perché questo funzioni, gli antenati devono aver avuto la capacità di esprimere una gamma di fenotipi in risposta a diversi ambienti, un processo noto come plasticità fenotipica o plasticità evolutiva." ha detto Denver, professore e presidente del Dipartimento U-M di molecolare, Biologia cellulare e dello sviluppo.
Per esempio, l'aspetto degli umani può variare a seconda della loro dieta, fatica, o una serie di altri fattori.
"Abbiamo tutti un genotipo, o geni, quel codice per le proteine che alla fine determinano il nostro aspetto e qual è la capacità per la nostra crescita. Ma all'interno di ciò, c'è una gamma di dimensioni del corpo che possono essere raggiunte in base all'ambiente, " ha detto Denver, che è anche professore di ecologia e biologia evolutiva. "Mentre i valori ambientali si spostano verso gli estremi, la selezione naturale può favorire i fenotipi che sono più in grado di guadagnarsi da vivere nel nuovo ambiente".
Nei rospi studiati da Denver, la chiave era se gli stagni d'acqua in cui i girini erano nati erano permanenti o di breve durata.
La specie di rospo spadefoot Spea moltiplicata può indurre metamorfosi quando avverte che il suo stagno si sta prosciugando per fuggire come rospo giovanile. Credito:Università del Michigan
I ricercatori hanno scoperto che le specie di rospo spadefoot che vivono in stagni semipermanenti possono innescare la propria metamorfosi quando sentono che il loro stagno si sta prosciugando. L'attivazione delle loro ghiandole tiroide stimola la metamorfosi, proprio come negli umani, ma i rospi attivano anche le loro ghiandole surrenali. Questo produce un ormone dello stress che accelera la metamorfosi, permettendo al girino di sfuggire allo stagno essiccato e di trasferirsi sulla terra da adulto giovanile.
Altre specie di rospi spadefoot si riproducono in pozze effimere, ad esempio, pozze d'acqua nel deserto dell'Arizona che esistono solo da pochi giorni. Queste specie hanno un periodo di sviluppo molto breve che non può essere alterato dall'ambiente in cui vivono.
Il periodo larvale più breve dei rospi spadefoot che si riproducono nelle pozze effimere influisce anche sulle loro dimensioni da adulti. I rospi spadefoot che si riproducono negli stagni semipermanenti sono grandi circa mezzo dollaro quando si trasformano, mentre l'altra specie è grande circa un centesimo, ha detto Denver.
Denver dice che l'antenato comune dei rospi spadefoot era molto probabilmente in grado di modulare i tempi della sua metamorfosi, ma quando alcuni rospi spadefoot hanno iniziato a vivere in condizioni estremamente difficili, ambienti aridi, hanno spostato il loro periodo di sviluppo in un periodo molto breve, uno fisso.
La specie di rospo spadefoot Scaphiopus couchii vive in stagni effimeri e non può regolare i tempi della sua metamorfosi. Possono passare dalla schiusa alla metamorfosi fino a riprodursi in circa 10 giorni. Credito:Università del Michigan
"Probabilmente i loro antenati avevano la capacità di trasformarsi in un intervallo di tempo, ad esempio da due settimane a tre mesi o più, "Denver ha detto. "Ma nel tempo, o il loro habitat è diventato molto più secco, oppure si sono trasferiti in questi ambienti aridi, e gli individui che sono sopravvissuti erano quelli che hanno avuto questo periodo di sviluppo molto breve".
Negli ambienti più secchi, la selezione naturale ha favorito i singoli rospi con uno sviluppo molto rapido ma non ha avuto la capacità di variare il loro tasso di sviluppo in risposta al loro ambiente. Anziché, i loro sistemi endocrini sono attivi molto prima nello sviluppo, ei loro tessuti divennero molto più sensibili al segnale ormonale.
"Il nostro studio è uno dei pochi esempi di un meccanismo fisiologico/di sviluppo alla base dell'accomodamento genetico, "Denver ha detto.
Denver ha condotto la ricerca con i coautori Saurabh Kulkarni e Daniel Buchholz nel dipartimento di scienze biologiche dell'Università di Cincinnati, e Ivan Gomez-Mestre alla Stazione Biologica di Doñana in Spagna.
