La riproduzione al tempo del riscaldamento globale: come gli effetti del clima minacciano la biodiversità
A quale temperatura smettiamo di riprodurci? Con il progetto TL-REP vogliamo combattere la perdita di biodiversità causata dai cambiamenti climatici partendo proprio da questa domanda. Vogliamo capire come le ondate di calore possano influenzare la fertilità degli animali e i loro comportamenti di corteggiamento e scelta del partner. Per farlo, abbiamo deciso di concentrarci sugli insetti, specie che svolgono un ruolo cruciale negli ecosistemi naturali, e, in particolare, sul grillo di campo.
Il nostro clima sta cambiando, ed eventi climatici estremi, come le ondate di calore, stanno divenendo sempre più frequenti ed intensi. Questi periodi prolungati di temperature insolitamente elevate - che possono superare di 5 gradi le temperature medie e durare giorni o addirittura settimane - non causano disagi solo a noi umani, ma possono avere importanti conseguenze su tutte le specie viventi.
Piante e animali, infatti, possono risentire del caldo eccessivo, specialmente se l'insorgere di condizioni termiche stressanti e imprevedibili va a danneggiare alcune delle funzioni biologiche fondamentali dell’organismo. Una di queste, e certamente la meno esplorata, è la funzione riproduttiva.
Nel mondo animale, ogni specie possiede un intervallo di temperatura ideale per la sua riproduzione. Se la temperatura è troppo alta, processi biologici come la maturazione dei gameti possono andare incontro ad alterazioni. Una riduzione di qualità e quantità di gameti può a sua volta portare a sterilità e mancata fecondazione (forse ricorderete il film del 2006 “I figli degli uomini” di Alfonso Cuaron in cui, nel Regno Unito del 2027, l’infertilità ha colpito la specie umana e non nascono più bambini da 18 anni).
Non solo, le temperature estreme possono anche modificare altri aspetti della riproduzione, come il comportamento. I maschi potrebbero non essere più in grado di mostrare i comportamenti di corteggiamento che normalmente attraggono le femmine, come il canto o la danza, e nelle femmine i processi di selezione del partner potrebbero venir meno.
Possiamo perciò parlare di veri e propri "limiti termici della riproduzione", riferendoci a temperature che, se superate, riducono non solo le opportunità di accoppiamento, ma anche la sua efficacia, diminuendo così le probabilità di successo riproduttivo di una specie.
Studi recenti suggeriscono che la soglia di temperatura che compromette la fertilità è generalmente molto più bassa di quella necessaria per la sopravvivenza, quest’ultima ampiamente usata per predire gli impatti del riscaldamento globale sugli animali. Un’ondata di calore, perciò, può non essere letale per gli individui di una determinata popolazione, ma se compromette la loro capacità di riprodursi andrà comunque a impattare negativamente sulla crescita della popolazione, portando, in casi estremi, all’estinzione.
Rispetto ai metodi tradizionali, quindi, i limiti termici della riproduzione offrono un approccio diverso per comprendere a fondo gli effetti che repentini stress termici hanno sull’organismo. Con questa metodologia siamo dunque in grado di prevedere in modo più accurato la resilienza climatica delle specie.
Il nostro progetto di ricerca TL-REP, finanziato dal FIS2 (Fondo Italiano per la Scienza), si occuperà appunto di studiare gli effetti dei cambiamenti climatici sulla riproduzione, concentrandosi su uno dei gruppi animali più vulnerabili: gli insetti.
Vista l’impossibilità a regolare la loro temperatura corporea, che dipende principalmente dalla quella ambientale, gli insetti sono particolarmente sensibili allo stress termico. Al contempo, questi animali svolgono un ruolo fondamentale nel mantenimento degli ecosistemi naturali e la riduzione del loro numero di specie e biomassa - ossia la quantità di organismi presenti in un determinato ambiente - allarma ricercatori e ricercatrici di tutto il mondo, richiedendo una maggiore comprensione delle cause di tale declino e azioni per mitigare la perdita di biodiversità.
Nel nostro caso ci concentreremo su una specie modello, il grillo di campo (della specie Gryllus bimaculatus) oggetto di numerosi studi nell’ambito della selezione sessuale e comunicazione animale grazie al loro interessante comportamento riproduttivo. I maschi, infatti, combattono tra di loro in modo aggressivo, ed emettono un tipico canto per attrarre la femmina. Quest’ultima utilizza segnali acustici, chimici e visivi per scegliere i partner migliori.
Si tratta di una specie comune con una vasta distribuzione, che include aree tropicali e subtropicali di Europa, Asia e Africa. Questo ci permetterà di studiare popolazioni con storie biogeografiche ed evolutive divergenti, che si sono adattate a territori caratterizzati da una vasta gamma di temperature.
Un altro vantaggio di questa specie è che ne conosciamo molto bene il genoma, grazie al sequenziamento completo del DNA. Il genoma di G. bimaculatus ha una dimensione di 1,66 Gb e contiene 17.871 geni codificanti per proteine. Tutte queste informazioni sono disponibili in un database online che ci permetterà di studiare le basi genetiche delle risposte riproduttive a seguito di ondate di calore.
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Utilizzeremo un approccio integrato che combina osservazioni sul campo in ambiente naturale e sperimentazioni in laboratorio dove manipoleremo intensità e durata delle ondate di calore per misurare le risposte fisiologiche e comportamentali dei grilli.
Quantificheremo gli effetti di questi sbalzi termici sulla fertilità biologica e sul comportamento riproduttivo, spaziando dallo studio dei gameti - cioè le cellule specializzate per la riproduzione, come gli spermatozoi e le cellule uovo nei mammiferi - al canto dei maschi, e individueremo la base genetica di tali risposte. I risultati potranno così contribuire a formulare modelli teorici globali per comprendere le risposte ecologiche ed evolutive degli insetti al cambiamento climatico.
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