Gli alcaloidi pirrolizidinici sono tanto amari e tossici quanto difficili da pronunciare. Sono prodotti da diversi tipi di piante e sono tra le principali cause di morte accidentale nei bovini.
Le piante che contengono questi alcaloidi hanno chiarito chiaramente che non vogliono essere consumate, ma ciò non ha scoraggiato le falene Bella (Utetheisa ornatrix). Queste falene che volano di giorno mangiano esclusivamente le foglie e i semi carichi di alcaloidi delle piante a sonagli. Quindi usano la tossina per proteggere le loro uova e scoraggiare i predatori nelle fasi successive della vita. Lo usano persino per creare feromoni che attraggono i compagni.
Resta sconosciuto il modo esatto in cui le falene Bella e le specie affini hanno sviluppato la capacità di consumare in sicurezza gli alcaloidi pirrolizidinici.
In un nuovo studio pubblicato sulla rivista Proceedings of the National Academy of Sciences , i ricercatori hanno sequenziato il genoma della bella falena, utilizzato per individuare geni specifici che potrebbero conferire l'immunità a queste tossine.
Hanno anche sequenziato i genomi di 150 esemplari museali, alcuni vecchi di più di un secolo, per determinare da dove provenissero le falene Bella e i loro parenti stretti. Infine, hanno analizzato i dati genetici alla ricerca di indizi che potessero aiutare a spiegare come gli intricati modelli di ali delle falene Bella si sono evoluti nel tempo:è stato il primo studio su falene o farfalle ad averlo fatto utilizzando esemplari secchi di collezioni museali.
"Siamo riusciti a dimostrare che è possibile utilizzare esemplari museali per rispondere a domande genetiche che normalmente richiedono complicate tecniche di laboratorio", ha affermato il coautore dello studio Andrei Sourakov, coordinatore delle collezioni presso il McGuire Center for Lepidoptera and Biodiversity del Museo di storia naturale della Florida. "Questo apre una finestra per future ricerche di questo tipo."
Sourakov studia le falene Bella da 15 anni e ha affermato che il sequenziamento del genoma di questa specie è stato il naturale passo successivo nella ricerca condotta finora. Molte delle conoscenze che ha acquisito in quel periodo provenivano dal suo lavoro con studenti universitari e delle scuole superiori, che ha aiutato a condurre brevi esperimenti, analizzare dati per fiere della scienza e interpretare i risultati in articoli sottoposti a revisione paritaria.
In uno di questi progetti, uno studente ha deciso di determinare la durata media della vita degli adulti della bella falena e si è imbattuto inavvertitamente nel Matusalemme del mondo delle falene.
"Con nostra grande sorpresa, possono vivere fino a 50 giorni, ovvero da quattro a cinque volte di più rispetto alla falena media", ha affermato Sourakov.
La longevità non è una caratteristica di fondamentale importanza nella maggior parte delle specie di falene. Molti si riproducono una volta, per poi morire poco dopo, a causa della senescenza o della predazione. Ma le falene Bella non sono limitate da quest'ultimo, il che rende più probabile che i geni che conferiscono una maggiore longevità siano benefici e vengano trasmessi alla generazione successiva.
"È logico che qualcosa che è difeso chimicamente viva più a lungo, perché anche se vengono catturati, il predatore molto spesso lascia andare e la falena può continuare a volare."
Le falene Bella vivono in gran parte del Nord America orientale, dell'America centrale e dei Caraibi e sono spesso attive durante il giorno. Piuttosto che usare l'oscurità come sudario per evitare i predatori, le falene Bella tengono a farsi vedere. Le loro ali sono ricoperte di scaglie radiose di colore rosa, perla, onice e giallo zolfo, che gli uccelli e gli insetti carnivori possono facilmente individuare da lontano. Qualsiasi predatore abbastanza sfortunato da catturare una falena bella corregge rapidamente il suo errore.
"I ragni banana li taglieranno fuori dalle loro tele", ha detto Sourakov, aggiungendo che i ragni lupo e gli uccelli faranno di tutto per evitarli. "Quando vengono catturati, producono un liquido schiumoso dal sapore sgradevole, composto quasi interamente da alcaloidi."
Quando sono pronte per l'accoppiamento, le femmine rilasciano un pennacchio di alcaloidi aerosolizzati derivati dalle piante che mangiavano come bruchi. I maschi sono attratti da questo profumo e lo seguono fino alla fonte. Lì eseguono un breve ma elaborato rituale in cui toccano delicatamente la testa della femmina con due strutture soffici e retrattili che hanno una forte somiglianza con i denti di leone. Ogni filamento in queste strutture è intrecciato con alcaloidi pirrolizidinici.
Se la femmina decide che il maschio ha una quantità e una qualità sufficienti di alcaloidi immagazzinati, la coppia si accoppierà. Al termine, il maschio lascia un dono d'addio chiamato spermataforo, che contiene sperma e altri alcaloidi. La femmina utilizzerà questo e gli alcaloidi della sua stessa riserva per infondere tossine nelle uova risultanti. Questo tipo di protezione biparentale delle uova negli insetti è rara. Infatti, quando fu osservata per la prima volta nel 1989 tra gli adulti della bella falena, era l'unico esempio conosciuto di falena o farfalla maschio che investiva risorse chimiche nella sua progenie.
Le falene Bella sono in grado di evitare gli effetti negativi degli alcaloidi pirrolizidinici utilizzando uno speciale enzima che ossida la molecola, rendendola innocua. Se un predatore mangia una falena, tuttavia, il processo viene invertito e l'alcaloide riacquista la sua potenza.
Probabilmente gli alcaloidi pirrolizidinici si sono evoluti inizialmente come meccanismo di difesa nelle piante, per poi diventare un bene per le tarme. Sourakov e i suoi colleghi volevano sapere come le falene Bella acquisissero questo enzima disintossicante e come lo mantenessero durante una corsa agli armamenti durata milioni di anni tra pianta e falena.
Gli autori hanno scoperto che le falene Bella non hanno una ma due copie del gene che codifica per il loro enzima disintossicante unico. Potrebbero aver acquisito il secondo attraverso un processo di duplicazione genetica, mediante il quale altre specie, comprese molte piante, hanno sviluppato nuovi tratti.
Hanno anche trovato due copie di un gene parzialmente coinvolto nella produzione e nella difesa degli antiossidanti. Sourakov sospetta che questi geni possano essere correlati sia alla capacità delle falene Bella di disintossicare gli alcaloidi sia alla loro notevole longevità.
"Alcuni tipi di stress sui sistemi biologici determinano una durata di vita più lunga. Potrebbe darsi che l'interazione che le falene Bella hanno con gli alcaloidi non sia solo il motivo per cui ha senso per loro vivere una lunga vita, ma anche uno dei meccanismi alla base di ciò. "
Ulteriori informazioni: Jing Zhang et al, Cosa può dire un genere di falene appariscenti sulla migrazione, l'adattamento e il modello delle ali, Atti dell'Accademia nazionale delle scienze (2024). DOI:10.1073/pnas.2319726121
Informazioni sul giornale: Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze
Fornito dal Museo di storia naturale della Florida
