Gli animali piccoli e a sangue freddo come le mosche dipendono dal loro ambiente per regolare la temperatura corporea, rendendoli “canarini nella miniera” ideali per misurare l’impatto dei cambiamenti climatici sul comportamento e la distribuzione delle specie animali. Tuttavia, gli scienziati sanno relativamente poco su come il senso degli insetti e rispondono alla temperatura.
Usando due specie di mosche di diversi climi-una delle fresche foreste ad alta quota della California settentrionale, l’altra che provengono dai deserti caldi e secchi del sud-ovest (entrambi i cugini della mosca di laboratorio comune, Drosophila melanogaster)-gli scienziati nord-occidentali hanno scoperto notevoli differenze nel modo in cui ogni processo elabora la temperatura esterna.
Le mosche forestali hanno mostrato un maggiore evitamento del calore, potenzialmente spiegato da una maggiore sensibilità nei recettori del calore molecolare delle loro antenne, mentre le mosche del deserto sono state invece attivamente attratte dal calore, una risposta che potrebbe essere tracciata alle differenze nei cablaggi del cervello in una regione del cervello a mosca che aiuta a calcolare la valenza (attrattività interni o avverse).
Gli scienziati ritengono che questi due meccanismi possano aver accompagnato l’evoluzione di ogni specie mentre si adattava al suo ambiente termico distintivo, a partire da un antenato comune risalente a 40 milioni di anni (non molto tempo dopo che i dinosauri si sono estinti).
Questi risultati, pubblicati oggi (5 marzo) nella rivista Nature, aiutano a capire come gli animali evolvono le preferenze per ambienti di temperatura specifici e possono aiutare a prevedere l’impatto di un clima in rapido cambiamento sul comportamento e sulla distribuzione degli animali.
‘Non abbastanza persone si preoccupano degli insetti’
“Gli insetti sono particolarmente minacciati dai cambiamenti climatici”, ha affermato il neurobiologo nord -occidentale Marco Gallio. “Il comportamento è la prima interfaccia tra un animale e il suo ambiente. Anche prima della lotta per sopravvivere o perire, gli animali possono rispondere ai cambiamenti climatici per migrazione e cambiando la loro distribuzione. Stiamo già vedendo popolazioni di insetti in calo in molte regioni e persino vettori di insetti di malattie come il virus Zika e la malaria che si diffondono in nuove aree.”
Gallio, un “avvocato di insetti” auto-nominato, è professore nel dipartimento di neurobiologia e professore di ricerca di Soretta e Henry Shapiro in biologia molecolare presso il Weinberg College of Arts and Sciences. Il suo laboratorio esamina le mosche della frutta e i loro sistemi di rilevamento. Gallio ha riconosciuto che ci sono dati limitati perché “non abbastanza persone si preoccupano degli insetti”, ma che i dati disponibili registrano un drammatico declino degli insetti negli ultimi 20-50 anni. Sebbene gli odiatori di bug possano rallegrarsi, Gallio ha affermato che il declino della popolazione nel gruppo animale con la maggior parte delle specie sulla terra non è nulla da celebrare.
Oltre alla loro posizione presso la fondazione della maggior parte delle catene alimentari terrestri, gli insetti impollinano il 70% delle nostre colture. Gallio ha affermato che la perdita di comunità di insetti potrebbe causare danni catastrofici agli ecosistemi in tutto il mondo e avere un impatto diretto sul benessere umano.
Comprensione dei circuiti di calore nel cervello
Il lavoro precedente del Gallio Lab si è concentrato su come piccoli insetti come le mosche da laboratorio rispondono a segnali sensoriali come cambiamenti di temperatura innocui e dolorosi.
“La mosca della frutta comune è un animale particolarmente potente per studiare come il mondo esterno è rappresentato ed elaborato nel cervello”, ha detto Gallio. “Molti anni di lavoro sulla genetica delle mosche e sulle neuroscienze ci hanno dato una mappa del cervello a mosca più dettagliata di quella di qualsiasi altro animale.”
Nel presente studio, Gallio e colleghi si sono chiesti come i circuiti cerebrali e i comportamenti risultanti rispetto alle specie di mosca che erano molto simili a parte le loro scelte di habitat termico.
Utilizzando strumenti genetici, incluso CRISPR, per eliminare alcuni geni e swap genici tra le specie, il team ha studiato sia i meccanismi molecolari che cerebrali che possono spiegare le differenze specifiche delle specie nelle preferenze di temperatura.
Ph.D. Matthew Capek, studente e autore principale, ha spiegato di aver trovato per la prima volta differenze nelle molecole che rilevano il calore, facendoli attivare a temperature diverse. E mentre Capek ha affermato che la differenza di attivazione potrebbe spiegare la preferenza delle mosche della foresta per gli ambienti più freddi, uno spostamento dell’attivazione del recettore non è stato sufficiente per spiegare il comportamento della mosca del deserto.
“La mosca del deserto sembrava attivamente attratta da temperature più calde – circa 90 gradi Fahrenheit rispetto al punto debole della mosca della foresta appena sotto i 70 gradi”, ha detto Capek, che lavora nel laboratorio di Gallio. “In effetti, la soglia di attivazione dei sensori di calore dell’antenna corrispondeva al loro intervallo di temperatura preferito, che cercheranno, piuttosto che a una temperatura che dovrebbero evitare.”
“In altre parole, la mosca non si comporta più come se le antenne gli stessero dicendo di scappare dal calore pericoloso; sembrano dirlo a temperature più elevate sono buone e per avvicinarsi a loro.”
Costo elevato, ricompensa elevata
Gallio era inizialmente perplesso – i deserti sono caldi, quindi non aveva senso che le mosche cercassero calore – ma un viaggio di laboratorio nell’Anza Borrego Desert della California meridionale ha fornito ispirazione chiave.
“I deserti in questa regione sono molto caldi durante il giorno, ma le temperature possono cadere estremamente rapidamente quando il sole tramonta e la notte può essere decisamente congelante”, ha detto Alessia Para, anche autrice chiave dello studio e professore di neurobiologia associato di ricerca. “Le mosche in questo clima potrebbero aver bisogno di occuparsi costantemente della temperatura in rapida evoluzione e cercare sempre la gamma ideale, trovare punti ombrosi durante il giorno e nascondersi in cactus per calore di notte.”
Le mosche da ambienti più indulgenti possono invece ignorare la temperatura tranne quando cambia rapidamente. Il rilevamento costante della giusta temperatura è costoso da una prospettiva energetica, ma per le mosche del deserto, è la vita o la morte.
“Questo lavoro comparativo è utile in un paio di modi diversi”, ha detto Gallio. “Quando nasce un animale, il cervello è già programmato per sapere se molte delle cose che incontreranno sono cattive o buone per questo, e non capiamo come funziona quella programmazione.
Queste specie di mosca rappresentano un esperimento naturale perché uno stimolo che fa bene a una specie fa male all’altra e possiamo studiare le differenze che lo rendono. Vogliamo anche saperne di più su come gli animali sono stati in grado di adattarsi a temperature diverse durante l’evoluzione, in modo da poter essere in grado di comprendere meglio e persino prevedere come reagiscono ai cambiamenti climatici in corso. Ovviamente ci preoccupiamo degli insetti e speriamo che ciò che apprendiamo possa aiutarci ad apprezzarli e proteggerli meglio “.
L’articolo, intitolato “Evoluzione del comportamento delle preferenze di temperatura nelle mosche del genere Drosophila”, è stato finanziato dal National Institutes of Health (sovvenzioni R21NS130554 e 1F31NS129270) e dal programma Pew Scholars. Gallio è membro del Simon National Institute for Theory and Mathematics in biologia della National Science Foundation.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com