Il sesso degli angeli

Mi e’ stata fatta di recente una domanda difficile, una di quelle domande a cui, dopo un silenzio imbarazzato e uno schiarimento della gola, in genere si risponde: “non lo so“.

La domanda era: qual e’ il vantaggio evolutivo che porta alcuni animali ad avere il sesso della prole determinato da fattori ambientali? (non era espressa esattamente cosi’, ma il concetto e’ quello). E la domanda si trasformo’ in tarlo, scavandosi rapidamente la strada verso la circonvoluzione della curiosita’, se mai ce ne fosse una.

A mia discolpa, bisogna dire che non lo sa nessuno. Ma vediamo in dettaglio i termini del problema, dato che a prima vista puo’ sembrare, appunto, un problema sul sesso degli angeli.

1) Ci sono due principali meccanismi di determinazione del sesso, uno su base ambientale, detto in breve ESD (environmental sex determination) e uno su base genetica, GSD (genotypic sex determination). In pratica, in quegli animali che seguono un meccanismo genetico il sesso dei nascituri e’ determinato al momento della fusione dello spermatozoo con la cellula uovo, in base alla presenza o di specifici cromosomi sessuali (ad esempio X e Y nei mammiferi e nei moscerini, X e W negli uccelli, X e niente (0) negli imenotteri), oppure di geni della mascolinizzazione sparsi qua’ e la tra i vari cromosomi. Una volta che si e’ formato lo zigote, niente e nessuno cambiera’ il sesso di quell’individio, se ci sono cromosomi sessuali. La cosa e’ un po’ piu’ sfumata invece se ci sono geni sparsi qua e la’, ad esempio alcuni pesci sono maschi parte della loro vita, e femmina per il resto. Negli animali con meccanismo ambientale, invece, sono importanti le condizioni in cui cresce l’embrione per il primo terzo del suo sviluppo. Ci sono diversi fattori ambientali che possono influire, come la presenza di piu’ o meno ormoni materni nell’uovo o le dimensioni della madre, ma il piu’ importante e’ sicuramente la temperatura, per cui si parla di meccanismo TSD (temperature-dependent sex determination). Naturalmente questi animali non avranno cromosomi sessuali.

2) Tra i vertebrati, Mammiferi e Uccelli sono GSD con cromosomi sessuali, pesci e anfibi fanno un po’ quello che vogliono, ma tendono ad essere GSD o ESD determinati da ormoni, i rettili invece sono per lo piu’ suddivisi tra quelli GSD e quelli TSD.

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Albero filogenetico dei vertebrati sulla base dei meccanismi di determinazione del sesso. Da Janzen & Phillips, 2006

3) Che mammiferi e uccelli debbano essere GSD e non possano essere TSD risulta evidente dal fatto che la loro temperatura interna e’ costante (omeotermi), anche quando sono embrioni, pertanto la gestazione o la cova fanno in modo che non ci siano mai sbalzi di temperatura: se la temperatura cambia, l’embrione muore. La sex ratio, cioe’ il rapporto tra i due sessi, alla nascita, e’ quindi, per fattori probabilistici e di convenienza, sempre 1:1, cioe’ nascono tanti maschi quante femmine.

4) I rettili invece non sono in grado di regolare internamente la temperatura del loro corpo, che quindi oscilla in base alle condizioni ambientali (giorno/notte, estate/inverno). Naturalmente hanno dei meccanismi di controllo sulla temperatura su base comportamentale (ad esempio scegliendo sole/ombra), e questo garantisce una certa costanza della temperatura. Le uova, in particolare, devono maturare ad una temperatura quanto piu’ costante possibile (perche’ gli enzimi che costruiscono il corpo dell’animale lavorano meglio ad una temperatura ottimale). Cio’ puo’ essere ottenuto in due modi: o con la viviparita’ (le uova si sviluppano all’interno del corpo della madre, che mantiene, per quanto possibile, costante la temperatura), o agendo sul nido. Ad esempio, si e’ visto che la Tartaruga azzannatrice Chelidra serpentina, il cui areale si estende dal canada al centroamerica, scava i nidi all’ombra a basse latitudini, al sole ad alte latitudini. Anche la quantita’ di materiale vegetale accumulato sul nido cambia in base alla temperatura esterna, in modo che la decomposizione delle foglie produca piu’ o meno calore per le uova.

5) Tra i rettili, i coccodrilli e gli sfenodonti sono sempre TSD. Le tartarughe lo sono nella stragrande maggioranza. Le lucertole, varani e affini sono un po’ TSD e un po’ GSD, in base alla specie. I serpenti sono sempre GSD.

Allora, rileggendo la domanda iniziale, come si spiega questa variabilita’ tra i rettili nel meccanismo di determinazione del sesso? Perche’ il modello TSD si e’ evoluto molte volte indipendentemente? Ma anzi, capovolgiamo i termini del problema, facendo un esempio. Nei coccodrilli, se la temperatura di incubazione e’ tra i 28 e i 31 gradi nascono tutte femmine. Se e’ tra i 32 e i 33 nascono maschi. Se e’ sopra i 34 nascono solo femmine, di nuovo. Minime differenze di temperatura, di 0.5-1 grado C, comportano rilevanti variazioni nella sex ratio della prole. Siccita’ e acque basse comportano temperature di incubazione piu’ alte, mentre pioggia e inondazioni portano a temperature piu’ basse, favorendo i maschi nel primo caso, le femmine nel secondo. In genere, ad esempio, la sex ratio degli alligatori e’ di molto a favore delle femmine nella maggior parte degli anni, ma si sposta a favore dei maschi nelle annate di siccita’. Ovviamente, un cambiamento climatico puo’ esasperare questa tendenza portando ad avere individui di un solo sesso, e quindi l’estinzione della specie. Eppure… eppure i coccodrilli, cosi’ come le tartarughe, sono in giro da molto piu’ tempo di noi mammiferi e sono sopravvissuti ad ere glaciali, eruzioni vulcaniche, cadute di asteroidi e complessivamente moltissimi cambiamenti climatici. Come si spiega? la risposta e': Boh? Sicuramente c’e’ qualcosa che non abbiamo capito.

Janzen e Phillips, nella loro review sul problema del 2006, individuano quattro possibili cause:

1) inerzia filogenetica: questa e’ la condizione ancestrale del clade e si e’ mantenuta laddove non fosse indispensabile cambiarla.

2) adattamento di gruppo: la TSD promuove un controllo adattativo della sex ratio che aumenta la fitness di gruppo

3) evitare gli incroci tra consanguinei: la TSD riduce l’inbreeding producendo individui dello stesso sesso nella stessa nidiata.

4) fitness differenziale: la TSF fornisce vantaggi legati al sesso nella fitness individuale, tipo che certe temperature di sviluppo sono piu’ vantaggiose per uno dei sessi.

I primi tre casi non hanno nessuna evidenza a loro favore, sebbene si siano condotti pochi o niente esperimenti in laboratorio in proposito.

Invece l’attenzione degli scienziati sembra orientata positivamente a favore della quarta ipotesi, detta “modello di Charnov-Bull” dal nome dei due formulatori. Tradotto in parole povere, significa che il sesso che ha bisogno di crescita maggiore e’ quello prodotto alla temperatura che stimola di piu’ la crescita. Ad esempio, se e’ il maschio che deve diventare piu’ grosso, gli embrioni diventeranno maschi se la temperatura del nido favorisce di piu’ la crescita post natale dell’embrione. Il modello e’ bello, complesso in maniera affascinante, ma purtroppo le tartarughe non sanno leggere gli articoli scientifici e di fatto non rispettano questo modello in molti casi, quindi sicuramente non lo si puo’ considerare una spiegazione esaustiva.

Le lucertole Agamidi hanno evoluto di recente un meccanismo TSD, partendo da un sistema basato geneticamente, quindi evidentemente un beneficio ci deve essere. In Amphibolurus mauricatus temperature piu’ fredde danno femmine, piu’ calde maschi. Secondo il modello di Charnov-Bull, le femmine dovrebbero avere individualmente piu’ progenie (fitness) se si sviluppano in ambiente freddo, e viceversa per i maschi. Cio’ sembrerebbe vero perche’ se le uova sono deposte presto in primavera nascono femmine che possono crescere per tutta l’estate e in autunno, prima del letargo, sono gia’ sessualmente mature: la primavera successiva saranno pronte ad accoppiarsi subito dopo il risveglio, mettendosi avanti col lavoro. Se le uova invece sono deposte in estate nascono maschi perche’ fa piu’ caldo. In autunno saranno ancora giovincelli e non saranno pronti ad accoppiarsi ancora per un altro anno. Cio’ e’ bene perche’ comunque soccomberebbero alla competizione coi maschi piu’ anziani, quindi sarebbe uno spreco di risorse essere sessualmente maturi alla fine della prima estate di vita. Questo in teoria. In pratica in natura, sembra che il modello non solo non sia rispettato, ma che nascano maschi in primavera e femmine in estate!

Se il modello di Channov-Bull non e’ particolarmente affidabile, qualcuno ha allora pensato di tornare alle vecchie teorie del matematico Fisher che dice molto semplicemente che le condizioni di sviluppo ideali sono quelle che alla fine permettono di avere un rapporto tra i sessi ottimale, che non necessariamente e’ quello 1:1, indipendentemente se il meccanismo sia legato ai geni o alla temperatura. Quindi un meccanismo TSD si spiegherebbe con la velocita’ e la plasticita’ della sex-ratio in base alle necessita’ del momento, cioe’ se servono piu’ maschi, piu’ femmine o meta’ e meta': in teoria, le femmine possono “scegliere” se avere maschi o femmine in base a come scelgono la posizione del nido (sole/ombra, vegetazione sopra o no). Pare infatti che le femmine di tartaruga orecchie gialle (Chrysemis picta) mostrino preferenze individuali nella scelta del nido, ma cio’ non supporta sufficientemente la teoria da poter essere considerato una spiegazione definitiva. A me sembra anche un po’ deterministico, a dire la verita’, perche’ l’evoluzione non agisce mai per “il bene della specie” quindi figurati che gli frega alla tartaruga se servono piu’ maschi o piu’ femmine in un’ottica generale. Di fatto, pero’, almeno questo modello aiuta a spiegare come alcune specie possano vivere a latitudini molto diverse.

Non spiega pero’ che succede in caso di riscaldamento globale: secondo diversi modelli, se la temperatura media aumenta di piu’ di due gradi in cento anni questo compromette troppo la sex ratio e molte specie sarebbero, teoricamente, destinate ad estinguersi. Ma, per fortuna, come dicevo, i rettili non sanno leggere i modelli matematici, e questo sicuramente li ha aiutati a sopravvivere negli ultimi 200 milioni di anni.

Oltre a non esserci una risposta, questo e’ un argomento estremamente complesso perche’ tocca nodi tortuosi della biologia come lo sviluppo embrionale o i meccanismi evolutivi. Ho cercato di semplificare, soprattutto a me stessa, ma dubito di esserci riuscita. Spero almeno che, anche se non si capisce niente, questo post serva a sollevare dubbi e curiosita’.

Published by tupaia on agosto 28th, 2007 tagged evoluzione, rettili


6 Responses to “Il sesso degli angeli”

  1. Andy Says:

    Non si butti giù, è stata chiarissima per quanto la complessità dell’argomento potesse consentire, d’altronde il bello della Natura è che fa sempre e comunque quello che vuole!

  2. tupaia Says:

    grazie, il suo commento mi conforta un pochino della fatica di scrivere il post

  3. falecius Says:

    Dimenticavo. Il sesso degli angeli: sono femmine, ovviamente.

  4. Bho Says:

    Ovviamente gli angeli non hanno sesso, perchè questo serve per riprodursi e questo a loro non serve, quindi per la legge evolutiva dell’utilità di un organo, questo se ne va (ammesso siano stati mai creati con suddetta strattura).

  5. falecius Says:

    Bho, ma gli angeli non si evolvono, sono creati (o emanati, in certe tradizioni) da Dio così come sono.
    Quindi se hanno un sesso è perché sono stati creati così.

    Io dico che ce l’hanno, ed è femminile.

  6. Bho Says:

    Dipende se tu pensi che siano stati creati o meno anche tutti gli altri animali.
    Ovvio che il sesso serve per la riproduzione, se Dio fa gli angeli a sessi separati vuol dire che li vuole far accoppiare, ma per me non ha tanto senso, altrimenti perchè crearne tanti? Adamo ed Eva mica erano 200 mila.
    Inoltre se non avessero il sesso perchè l’hanno perso implica un errore di Dio il quale ha fatto un qualcosa che poi si sarebbe verificato inutile.

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