Un esperimento che ha utilizzato la comune campanella (Ipomoea purpurea) dimostra che Il rafforzamento dei vincoli genetici tra i caratteri floreali può arrestare drasticamente il potenziale adattativo ai cambiamenti climatici, per favorire i tratti che attraggono gli impollinatori, in continua diminuzione.
Di fronte ai cambiamenti climatici e al declino della popolazione di impollinatori, le piante potrebbero evolversi per attrarre gli impollinatori piuttosto che adattarsi a un clima più caldo, con conseguente e forte declino generale del loro tasso di adattamento.
È il risultato delloStudio“A resurrection experiment reveals reduced adaptive potential in a common agricultural weed”, pubblicato suEvolution Letterse condotto da ricercatori dell’Università del Michigan, in collaborazione con l’Università di Toronto, che, utilizzando un approccio di “resurrezione” metodo scientifico di riattivazione di materiale biologico dormiente, risalenti a secoli passati, per studiare l’evoluzione delle specie nel tempo, dimostra che lastruttura delle covarianze genetiche tra i tratti relativi all’impollinazione e al sistema di accoppiamento nella campanella purpurea(Ipomoea purpurea), pianta considerata infestante dagli agricoltori,sta vincolando sempre più le traiettorie evolutive.
Secondo i ricercatori, Itratti che attraggono gli impollinatori si sono evoluti o sono diventati più favoriti in tempi rapidi, inferiori a 10 anni, ma le covarianze genetiche tra i tratti hanno limitato il tasso di adattamento e la traiettoria evolutiva della fenologia della fioritura, un tratto di importanza ampiamente riconosciuta per l’adattamento ai cambiamenti climatici.
“Dato che la pressione degli impollinatori favorisce fortemente i fiori più grandi, questo legame potrebbe limitare l’efficacia con cui la popolazione può rispondere ad altre pressioni selettive– ha affermatoRegina Baucom, Professoressa di Ecologia e Biologia Evolutiva presso l’Università del Michigan, co-autrice dello studio –Se ciò renderà in definitiva l’infestante più o meno problematica per gli agricoltori è difficile da prevedere, e questa imprevedibilità è parte integrante della questione.
Secondo Baucom, la ragione di questo declino è interessante. Attualmente, la necessità di attrarre gli impollinatori con fiori più grandi sta prevalendo sul vantaggio evolutivo di una fioritura più precoce, e le caratteristiche si sono intrecciate in un modo che limita la loro capacità di adattamento. Il declino si verifica nonostante le nuove popolazioni di piante presentino un’ampia variabilità genetica, il che suggerirebbe una loro normale capacità di adattamento.
“La pianta non sta esaurendo le sue risorse evolutive– ha sottolineato Baucom –ma è sempre più intrappolata in una traiettoria che favorisce l’attrazione degli impollinatori, potenzialmente a scapito dell’adattamento climatico“.
Cambiamenti ambientali causati dall’uomo
La ricerca è stata condotta daSasha Bishop, neolaureata con Dottorato di ricerca presso il Dipartimento di Ecologia e Biologia Evolutiva dell’Università del Michigan, in collaborazione conJohn Stinchcombe, ricercatore dell’Università di Toronto. Il team ha studiato le ipomee nell’ambito di un progetto più ampio volto a comprenderecome i cambiamenti globali causati dall’uomo stiano influenzando l’evoluzione.
Il riscaldamento climatico è solo una delle pressioni che piante e animali devono affrontare oggi.Lo sviluppo umano ha sostituito habitat precedentemente incontaminati, mentre l’uso diffuso di pesticidi ed erbicidi in agricoltura ha contribuito a un drastico calo delle popolazioni di impollinatori.
Bishop afferma che lo studio esplorauna crescente discrepanza tra la teoria evolutiva e ciò che i ricercatori osservano in natura. La teoria suggerisce che gli organismi a volte possono adattarsi rapidamente quando i loro ambienti cambiano altrettanto rapidamente, ma molte popolazioni di piante selvatiche non sembrano tenere il passo.
“Invece di evolversi, tutte queste popolazioni selvatiche stanno morendo, diminuendo o attraversando colli di bottiglia genetici– ha affermato Bishop –Quindi ci troviamo di fronte a una situazione in cui c’è un ritardo tra il tasso di adattamento osservato nelle popolazioni selvatiche e quello che riteniamo teoricamente possibile in termini di evoluzione rapida“.
Testare il compromesso di adattamento
Per studiare il problema, i ricercatori hanno coltivato piante di convolvolo a partire da semi raccolti da popolazioni selvatiche in due momenti diversi, a distanza di nove anni l’uno dall’altro.
Sono state misurate diverse caratteristiche che potevano essere influenzate dalle condizioni climatiche o dall’attività degli impollinatori. Tra queste, la data della prima fioritura, le dimensioni del fiore, il contenuto di zucchero nel nettare, il periodo di fioritura e la distanza tra le antere, ovvero la parte del fiore che produce il polline, e lo stigma, la struttura che riceve il polline.
Il team ha quindi calcolato il tasso di adattamento delle piante utilizzando l’approccioResurrectionche stima come ci si aspetta che una popolazione si adatti tenendo conto delle relazioni tra molteplici caratteristiche, anziché esaminare ciascuna caratteristica in modo indipendente.
Ciò ha permesso ai ricercatori di determinare se una caratteristica potesse “limitare” un’altra. In altre parole,i cambiamenti in una caratteristica potrebbero limitare la possibilità di variazione di un’altra caratteristica.
Quando due caratteristiche sono collegate in questo modo, vengono considerate “covarianti“. Bishop e Baucom hanno scoperto che le dimensioni del fiore e il periodo di fioritura si sono collegati nelle popolazioni di convolvolo durante il periodo di studio relativamente breve di nove anni.
L’adattamento delle piante diminuisce drasticamente
Nelle popolazioni originarie di campanella i ricercatori hanno stimato che l’adattamento avveniva a circa il76% del tasso previsto se non si tenesse conto della covarianza tra i tratti.
Nove anni dopo, tale cifra era scesa a circa il 9% del tassoprevisto senza covarianza. Il risultato indica un aumento sostanziale dei vincoli evolutivi in un periodo di tempo relativamente breve.
Il periodo di fioritura è particolarmente importante perché le piante possono modificare il momento in cui fioriscono in risposta ai cambiamenti ambientali.
“Esistono letteralmente migliaia di studi che dimostrano come la fenologia della fioritura rappresenti un’importante strategia di adattamento ai cambiamenti climatici, in particolare alle variazioni di temperatura e di precipitazioni, entrambi fenomeni che si sono verificati nelle popolazioni selvatiche da cui sono state raccolte– ha osservato Bishop –A mio avviso, ciò implica che il declino degli impollinatori, o la mancanza di impollinazione e di una spinta selettiva ad attrarre gli impollinatori, renda queste piante potenzialmente meno capaci di adattarsi ai cambiamenti climatici“.
In copertina: Un’ape si insinua nel fiore di una campanella (Ipomoea purpurea). Foto: Grace Zhang, Baucom Lab, Università del Michigan.