I quattro sessi del Passero dalla gola bianca

Ho appena letto su Nature la notizia di una interessantissima e sorprendente ricerca, condotta da due ornitologi statunitensi Rusty Gonser e Elaina Tuttle nel corso di 25 anni di osservazioni. L'oggetto della loro ricerca è stato un uccellino chiamato Passero dalla gola bianca (white-throated sparrow), o, per essere più precisi, Zonotrichia albicollis. Ciò che hanno appurato i ricercatori è stata, sorprendentemente, la presenza di 4 sessi distinti all'interno della specie in questione. In questo articolo spiegherò in poche parole di che si tratta e illustrerò come la riproduzione sessuale con due sessi comunemente intesa sia la più diffusa delle varianti fra gli organismi pluricellulari. Ma non certo l'unica.

Come si contano i sessi dei passeri?

Per farsi l'idea di che cosa siano questi quattro sessi distinti, non occorre immaginare trasformazioni anatomiche particolari in questi strambi uccelletti. Nel corso di tutte le successive generazioni, sempre soggette alla selezione naturale, la possibilità che una modifica molto significativa, cioè tale da stravolgere la fisiologia degli animali, possa avere successo adattativo è estremamente bassa. Ed è tanto minore, quanto maggiore è l'entità della mutazione stessa. Difficilmente potrebbe spuntare un'altra ala a un uccello; ma ancora più difficilmente questa ulteriore ala potrebbe rappresentare un vantaggio per l'individuo e quindi per la sua possibilità di sopravvivere, crescere, sfuggire ai predatori, trovare un partner e infine trasmettere la mutazione alle generazioni successive.

No: in realtà l'anatomia e la fisiologia di questi uccelli sono sostanzialmente equivalenti a quelle degli uccelli a loro simili: stessi apparati riproduttivi, stessa riproduzione sessuata basata sull'inseminazione delle gonadi femminili da parte degli spermatozoi maschili. Ma allora perché i ricercatori sostengono che di sessi, in questa specie, ce ne siano quattro?

La risposta richiede un maggiore approfondimento nella conoscenza della specie. Questa specie presenta due varianti di colorazione: una chiamata White (o, per meglio dire, con "sopracciglio bianco") l'altra Tan (sempre: con "sopracciglio bronzeo"). La differenza fra White e Tan non riguarda esclusivamente il colore ma anche il comportamento sociale e, conseguentemente, aspetti quali le chance riproduttive e le chance di portare alla maturità le nidiate.

I fenotipi possono essere elencati come segue:

• - Maschio a sopracciglio bianco
• - Maschio a sopracciglio bronzeo
• - Femmina a sopracciglio bianco
• - Femmina a sopracciglio bronzeo

 

Chiaramente, se i maschi si accoppiassero con le femmine e dessero origine a prole «», cioè o , non avremmo una sola specie con quattro sessi ma due specie diverse (o due sottospecie, o due forme) ognuna con due sessi, maschio e femmina: la specie« » bianca e la specie «» bronzea, ciascuna alquanto separata dall'altra quantomeno in base al colore.

Se invece maschi (discorso analogo vale per i maschi ) si accoppiassero indistintamente con le femmine e  e dessero origine a prole di ognuno dei quattro tipi, allora avremmo semplicemente delle varietà cromatiche in seno a una stessa specie dotata dei due sessi standard.

Ciò che succede in questo caso, tuttavia, è che i maschi si accoppiano solo con femmine mentre, a loro volta, i maschi si accoppiano solo con femmine . In entrambi i casi la prole può essere di uno qualsiasi dei quattro tipi. Quindi ognuno dei 4 tipi adulti può accoppiarsi solo con il 25% circa degli individui.

 

Vantaggi e svantaggi

Questo aspetto fenotipico (confermato da analisi genetiche) supporta la rappresentazione della specie come di una specie a 4 sessi separati.

Chiaramente ci sono vantaggi nell'avere quattro sessi. A me ne vengono in mente alcuni:

• Poniamo che un anno muoiano tutti i maschi . Che cosa succederebbe alla specie? Nulla: le femmine non potrebbero accoppiarsi ma le coppie fertili e darebbero ancora origine a nuove generazioni con tutti e quattro i tipi. Chiaramente questo è un vantaggio (almeno teorico) rispetto al caso dei due sessi in cui, se uno viene meno, l'intera specie non ha più possibilità di riprodursi.
• Poniamo che un anno muoiano tutti i maschi e tutte le femmine . Anche in questo caso le coppie fertili e darebbero ancora origine a nuove generazioni con tutti e quattro i tipi.
• Lo stesso vantaggio (compensativo) varrebbe anche in caso non di scomparsa ma di semplice riduzione numerica. Ci sarebbe, in effetti, una sorta di bilanciamento dovuto a una redistribuzione ad ogni nuova generazione di individui.
• La specie, inoltre, dispone di un set di strategie riproduttive differenziato; ad esempio: potrebbe persino succedere che le coppie e abbiano un comportamento che le avvantaggia durante una stagione di riproduzione mentre nella stagione successiva, potrebbero essere avvantaggiate le coppie e . Che cosa ne deriverebbe per la specie? La specie avrebbe comunque un vantaggio, se paragonata a una flessione numerica in un anno su due, dato che la percentuale dei 4 tipi negli anni successivi (e quindi la morfologia stessa della specie) non verrebbe alterata dalle due riproduzioni a prevalenza di una coppia sull'altra.

 

Una situazione del genere, tuttavia, presenta anche degli svantaggi:

• Ogni individuo adulto ha un numero minore di individui fra cui poter scegliere un partner e questo espone la specie, nelle zone in cui  è presente con la minore densità di popolazione, all'insuccesso riproduttivo per una o più stagioni. Di fatto un esemplare adulto di uccelli con le stesse abitudini e delle stesse dimensioni ha a disposizione il 50% degli individui adulti per "giocarsi le proprie carte" nella strategia di riproduzione. Nel passero dalla gola bianca questa percentuale, come abbiamo visto, scende alla metà, cioè al 25%.
• Una mutazione favorevole (e legata a uno dei cromosomi sessuali) avrebbe maggiori difficoltà ad affermarsi, dato che dovrebbe esercitare la sua pressione selettiva, solo sul 25% degli individui contro il 50% dei rimanenti. Facciamo un esempio, considerando il caso di una specie con due sessi. Se un maschio (o una femmina, indifferentemente) nascesse con una mutazione che l'ambiente possa selezionare come "positiva" e legata ai cromosomi sessuali (cioè quelli che differenziano i 4 tipi della Zonotrichia) si otterrebbe una popolazione in cui il 50% degli individui sono progressivamente selezionati per conservare e fissare la nuova mutazione nel patrimonio genetico della specie. Nel caso della Zonotrichia invece, gli individui potenzialmente "migliorabili" sarebbero solo il 25% e i loro discendenti avrebbero, conseguentemente, molta più difficoltà a fissare la mutazione. Una specie a quattro sessi avrebbe quindi, almeno dal punto di vista teorico, più latenza nel riuscire a fissare i caratteri ereditari (ovviamente: se legati ai cromosomi sessuali) rispetto a una specie a due. Questo discorso non si applica se l'eventuale mutazione è indipendente dal sesso e si può esprimere su tutti e quattro i "tipi".

 

Quali altre possibilità ci sono?

Il discorso relativo alle quattro coppie , , e può essere, in via teorica, esteso in un modo molto semplice. Ricordiamo quali sono le condizioni, in analogia al caso della Zonotrichia:

1. Presenza di due sessi standard con il consueto meccanismo di trasmissione ereditaria dei caratteri della riproduzione sessuata.
2. Presenza di variazioni genetiche su uno o più cromosomi sessuali;
3. I maschi della forma x non possono accoppiarsi con le femmine della stessa forma x ma solo con femmine di forme differenti e viceversa.

 

Ma a questo punto è facile immaginare, invece di due varianti («» e «»), un numero maggiore, poniamo ad esempio 3. Otterremmo questi "sessi" (sensu lato):

 

Questi tipi costituiscono sessi se esiste un meccanismo che realizza la condizione 3, cioè se le coppie ammesse sono solo quelle rappresentate dalla tabella:

					Sì	Sì
				Sì		Sì
				Sì	Sì
		Sì	Sì
	Sì		Sì
	Sì	Sì

Dove:

• - No perché dello stesso sesso
• - No perché incompatibili

 

Allo scopo di estendere la casistica della riproduzione sessuata oltre i due sessi standard, elenco di seguito una breve lista di ulteriori possibilità esplorate dalla natura (e attestata dalla sopravvivenza nel mondo naturale come riprova di un sufficiente adattamento all'ambiente):

• Tipo A - «0 sessi»: Riproduzione asessuata. Tipica dei batteri e degli organismi unicellulare. Tutti gli individui sono uguali e sono così semplici da non prevedere cellule specializzate per la riproduzione.
• Tipo B - «1 sesso». Ermafroditismo simultaneo. Tutti gli individui della specie hanno caratteristiche sia maschili che femminili. Questo tipo di ermafroditismo può a sua volta essere sufficiente (uno stesso individuo è autonomo per la riproduzione, potendo fecondare con i propri gameti maschili, i suoi stessi gameti femminili) oppure insufficiente, come ad esempio le comuni chiocciole, per le quali occorrono due individui per fecondare ognuno i gameti di sesso opposto dell'altro.
• Tipo C - «1,2 sessi». Partenogenesi. Esistono un certo numero di organismi, soprattutto Artropodi, in cui le femmine possono dare origine, senza bisogno di maschi, a nuove generazioni composte da femmine. I maschi possono comunque essere generati, in risposta a stimoli di tipo ambientale; a quel punto avviene una riproduzione di tipo sessuato. Un esempio di questa modalità è dato dalla pulce d'acqua: Daphnia pulex. In questa specie, che vive in pozze d'acqua temporanea, i maschi vengono generati quando ci sono "indizi" di riduzione delle pozze e di rischio di essiccamento. A quel punto le femmine cominciano a produrre anche maschi; nella generazione successiva, l'accoppiamento di maschi e femmine porta alla produzione, invece che di nuovi individui, di speciali uova (dette cisti) capaci di sopravvivere a periodi di siccità. Al ritorno delle piogge, le cisti si schiudono e hanno origine nuovamente i normali cicli riproduttivi. I maschi non sono quindi un sesso che accompagna le popolazioni in tutto il corso delle loro esistenza: dopo molte generazioni senza maschi, improvvisamente i maschi vengono generati solo per produrre uova più resistenti. Da qui lo strano e arbitrario numero «1,2».
• Tipo C2 - «1,7 sessi». Partenogenesi irreversibile. Altro esempio di partenogenesi è quello rappresentato da una popolazione di libellule della specie Ischnura hastata. La specie esiste come normale specie con riproduzione di tipo E negli Stati Uniti. Nella sua popolazione delle isole Azzorre, invece, è costituita solo da femmine partenogenetiche. Nessun maschio è mai stato osservato in questa popolazione, ma solo nella controparte dall'altra parte dell'Oceano Atlantico. Che si tratti di una popolazione fondata da individui erratici e in cui i maschi non sono sopravvissuti? La ragione dello strano numero «1,7» è dato dal fatto che la popolazione normale ha 2 sessi mentre una sua popolazione marginale ne ha, di fatto, 1. Complessivamente quindi (attribuendo un valore del tutto arbitrario) si può dire che la specie abbia un numero di sessi compreso fra 1 e 2.
• Tipo D - «2 sessi, nello stesso individuo, in tempi diversi». Ermafroditismo sequenziale. Gli individui di una specie cominciano la loro esistenza con le caratteristiche fenotipiche di un sesso; nel corso della loro esistenza diventano però del sesso opposto. Ad esempio la Cernia vive in colonie di femmine dominate da un maschio. Quando il maschio muore, una delle femmine cambia il proprio sesso e si instaura come nuovo maschio dominante. Questo tipo di cambiamento di sesso (prima femmine e poi maschi) si chiama Proterandria; se il cambiamento avvenisse da maschi poi diventati femmine si chiamerebbe Proteroginia.
• Tipo E -«2 sessi in due individui differenti». Consueta Riproduzione sessuata (comune alla maggior parte dei verterbrati e degli artopodi).
• Tipo F - «2,5 sessi». Colonie di insetti sociali. Oltre agli organismi che si riproducono, suddivisi in maschi e femmine, ci sono classi di individui che hanno perso la capacità riproduttiva (soldati, operaie, ecc.). Chiaramente indicare questa specie come 2,5 sessi (piuttosto che 3 sessi) è abbastanza arbitrario.
• Tipo G - «4 sessi». Esempio dato dalla Zonotrichia albicollis, descritta nel presente articolo.
• Tipo H - «7 sessi». Ci sono microorganismi che ampliano il concetto ulteriormente. Ad esempio la Tetrahymena thermophila può esistere in 7 sessi diversi (ognuno dei quali ha la caratteristica di non potersi accoppiare con individui del proprio stesso sesso).

 

La disanima sopra, lungi dall'essere esaustiva, ha il solo scopo di indicare che il tipo E, benché estremamente diffuso almeno negli animali con cui abbiamo familiarità, è ben lontano dall'essere l'unico tipo possibile. La natura si è sbizzarrita in svariatissime altre possibilità.

 

E perché normalmente la riproduzione sessuata prevede due sessi?

Rimane però aperta una domanda, la cui risposta è già stata sfiorata nel corso di questo articolo. Per quale ragione si può comunque constatare una netta prevalenza, negli animali pluricellulari, della sessualità di tipo E, quanto meno a svantaggio del tipo G o di tipi con un numero ancora maggiore di sessi?

La risposta va probabilmente cercata nella matematica, in particolare nello studio dei massimi e dei minimi. Se immaginiamo la funzione del successo riproduttivo come l'elemento da massimizzare, da un lato avremo la capacità di produrre una certa variabilità nelle nuove generazioni. E in questo la riproduzione sessuata è avvantaggiata rispetto alla partenogenesi, ad esempio. Dall'altra il numero di sessi è inversamente proporzionale al numero di individui fertili e compatibili, che gli animali adulti possono incontrare durante il periodo riproduttivo. Avere molti sessi diminuisce quindi, almeno in via teorica, le chance di riproduzione. Ed è questa, probabilmente, la ragione per cui così poche specie mostrano una variazione su questo tema rispetto al tipo E.

L'ultima considerazione che mi viene di fare è che noi siamo arrivati a conoscere questa particolarissima varietà di "4 sessi" grazie alle due varietà di colorazione nettamente riconoscibili all'occhio umano. Una bianca e una bronzea. Non posso però fare a meno di chiedermi: ma quante altre specie possono esistere in cui, in modo per noi invisibile, i sessi sono 4 o di più mentre per le nostre attuali osservazioni, quelle specie sono normali specie a riproduzione sessuata? A noi sembrano individui indistinguibili, magari contraddistinti solo da comportamenti leggermente differenti. Ma chi ci dice che non sia solo un difetto della nostra capacità di analisi a nasconderci altre e più interessanti diversità...