di Maria Chiara Rosace, Giuseppe Scarlata, Antonino Napoleone | 18 Marzo 2021.
Non tutti gli animali hanno bisogno di accoppiarsi per potersi riprodurre, a volte le femmine sono perfettamente in grado di farlo senza l’aiuto di un maschio. Sorpresi?
È vero, nella maggior parte dei casi c’è bisogno di due essenziali ingredienti per poter procreare, l’ovulo e lo spermatozoo, ma non è sempre questa la regola. In biologia esiste un processo insolito, noto come partenogenesi, che permette ad alcuni animali di riprodursi senza l’aiuto del maschio. La discendenza di femmine che si riproducono partenogeneticamente può essere telitoca (ovvero composta da sole femmine), arrenotoca (ovvero composta da soli maschi) oppure deuterotoca (in cui si hanno discendenti di entrambi i sessi). La maggior parte delle specie che utilizzano questo sistema riproduttivo sono piccoli invertebrati, come api, afidi, formiche o fasmidi, che possono, in alcuni casi, alternare la riproduzione sessuata a quella asessuata. La partenogenesi è stata inoltre osservata in almeno 80 specie di vertebrati, soprattutto pesci e rettili!
Come funziona la partenogenesi
Prima di parlare di partenogenesi, è necessario comprendere come avviene la riproduzione sessuale. Le cellule eucariotiche si possono dividere in due modi: per mitosi e per meiosi. La mitosi è un processo grazie al quale da una singola cellula si formano 2 cellule figlie geneticamente identiche alla cellula madre e avviene principalmente nelle fasi di divisione e di rinnovamento cellulare di tutti gli organismi, coinvolgendo le cellule somatiche (ovvero quelle che costituiscono il corpo, o soma, di un organismo). La meiosi è invece un evento che riguarda esclusivamente i gameti (Figura 1), cioè le cellule sessuali coinvolte nella riproduzione. I gameti portano con sé una serie completa di informazioni genetiche, cioè una copia del genoma dell’organismo da cui provengono. La formazione di un nuovo individuo nasce dall’unione di due cellule sessuali, ciascuna proveniente da uno dei due genitori.
Figura 1: divisione cellulare, meiosi © Designua. Le cellule gametiche vengono prodotte mediante la meiosi, un meccanismo di divisione mediante il quale la cellula dimezza il numero di cromosomi, in modo che, quando si fonderà con il gamete dell’altro sesso in un processo detto fecondazione, il numero di cromosomi presenti nella cellula che ha origine da questa unione avrà il numero di cromosomi tipico della specie a cui appartiene (indicato con 2n, diploide). Cellule con corredo cromosomico dimezzato, come i gameti (n), vengono chiamate aploidi. La meiosi si divide in due parti: meiosi I e meiosi II. La meiosi I viene chiamata riduzionale, perché porta alla formazione di due cellule aploidi. La meiosi II viene chiamata divisione equazionale. In questa seconda fase i cromatidi di ogni cromosoma omologo si dividono con un meccanismo simile a quello visto nella mitosi; al termine si formano quattro cellule aploidi.
Come possono dunque formarsi degli individui per partenogenesi, in assenza di metà delle informazioni genetiche necessarie? La partenogenesi è una forma di riproduzione asessuata in cui una cellula uovo si sviluppa senza essere fecondata, dando origine a una discendenza aploide o diploide1. Durante l’ovogenesi (il processo di produzione delle cellule uovo femminili) gli ovari producono le uova mediante la meiosi, che dà origine a cellule aploidi (contenenti ovvero solo un set cromosomico). Durante la meiosi, oltre all’ovocita, vengono anche generate altre cellule aploidi note come globuli polari. Esiste una forma di partenogenesi, in cui una cellula uovo si unisce ad un globulo polare, dando origine ad individui simili alla madre, esclusivamente di sesso femminile, con un corredo cromosomico completo, senza l’impiego di spermatozoi. In altri casi, i processi fondamentali della meiosi (riduzione del numero cromosomico da diploide ad aploide) sono completamente o in parte assenti e da un punto di vista genetico i discendenti sono ancora una volta identici alla madre. Nuovi genotipi possono eventualmente originarsi soltanto tramite mutazioni. In altri casi, la meiosi procede normalmente ma l’individuo che si sviluppa partenogeneticamente rimane aploide.
Non tutte le specie utilizzano esclusivamente questa modalità riproduttiva. Infatti, nella maggior parte dei casi, la partenogenesi viene alternata alla riproduzione anfigonica, ovvero la riproduzione sessuale con fecondazione dell’uovo da parte dello spermatozoo e formazione dello zigote diploide.
Partenogenesi telitoca in Extatosoma tiaratum
Chi di voi non ha mai visto un insetto stecco? In realtà non è così semplice essendo particolarmente criptico ed attivo soprattutto nelle ore notturne. Il mimetismo caratteristico di questi insetti è un esempio lampante della teoria di Darwin dell’evoluzione per selezione naturale. Varie forme di mimetismo si sono evolute in diverse specie in risposta alla pressione predatoria, ma non è questo l’argomento della nostra trattazione di oggi. Gli insetti stecco fanno parte dell’ordine dei fasmidi (Phasmatodea), che comprende oltre 3000 specie diverse! In Italia, la specie più rappresentativa è Bacillus rossius, sorprendentemente simile ad un rametto. Una caratteristica comune a moltissime specie di fasmidi, tra cui anche il nostro B. rossius, è la riproduzione per partenogenesi.
Come già accennato, alcune specie possono riprodursi sia per via anfigonica, sia per partenogenesi. Ma cosa determina la scelta di una strategia riproduttiva piuttosto che di un’altra? Cosa spinge le femmine a deporre le uova in assenza di un maschio? Una spiegazione interessante viene da uno studio pubblicato sull’Australian Journal of Zoology2 qualche anno fa. Protagonista è una specie di fasmide australiano noto come Extatosoma tiaratum, l’insetto foglia secca (Video). In natura sono presenti sia femmine (~12 cm di lunghezza) sia maschi (~ 8 cm di lunghezza) di questa specie e la loro riproduzione può avvenire sia tramite copulazione, sia per via asessuata. La durata della copulazione è in genere molto lunga, come per la maggior parte dei fasmatidi, e può durare fino a 15 ore.
Le femmine sono in grado di regolare il loro tasso di ovodeposizione asessuata in risposta alla loro esposizione ai maschi durante la crescita. La presenza di maschi già nei primi stadi di sviluppo, può infatti fornire delle indicazioni sulle effettive probabilità di accoppiamento e le femmine vergini, cresciute in presenza di maschi, tendono inizialmente a deporre meno uova per partenogenesi in previsione di un potenziale accoppiamento in qualche fase successiva. Al contrario, le femmine che non riescono ad incontrare i maschi durante le loro fasi immature hanno meno probabilità di imbattersi in un maschio in natura anche una volta raggiunta la maturità sessuale. Questo comporta una maggiore produzione di uova partenogenetiche. In ambienti in cui è difficile, se non impossibile, trovare un compagno, la selezione naturale favorisce dunque la telitochia3.
Perché abbiamo bisogno dei maschi?
Evolutivamente, la riproduzione sessuata potrebbe sembrare un paradosso: se ci si può riprodurre senza l’aiuto del maschio, perché la partenogenesi è diffusa solo in una piccola porzione del regno animale? La partenogenesi può in effetti essere molto vantaggiosa in ambienti stabili o laddove fosse particolarmente difficile se non impossibile, trovare un partner per potersi riprodurre, come abbiamo visto nel caso dell’insetto E. tiaratum. La riproduzione sessuata rimane però evolutivamente più vantaggiosa perché garantisce variabilità genetica, dando maggiore plasticità agli individui in termini di adattamento ai cambiamenti ambientali. Individui geneticamente identici sono più vulnerabili alle malattie e ai cambiamenti rispetto a gruppi eterogenei4.
“Non è la specie più forte o la più intelligente a sopravvivere, ma quella che si adatta meglio al cambiamento”.
L’autore di questa citazione, senza dubbio basata sulla teoria darwiniana, è incerto.
Bibliografia
- Molnar C, Gair J. Animal Reproduction and Development: Reproduction Methods. In: Concepts of Biology. BCcampus; 2015.
- Schneider A, Elgar MA. Facultative sex and reproductive strategies in response to male availability in the spiny stick insect, Extatosoma tiaratum. 2010. doi:10.1071/ZO10012
- Brock P, Hasenpusch J. The Complete Field Guide to Stick and Leaf Insects of Australia. CSIRO Publishing; 2009. Accessed March 2, 2021. https://www.publish.csiro.au/book/6012/
- Reece JB, Urry LA, Cain ML, Wasserman ML, Minorsky P V., Jackson RB. La Forma e La Funzione Negli Animali. Vol 5. 1st ed. (Brizzi R, Stefani M, Taddei N, eds.).; 2009. Accessed March 12, 2021. https://www.pearson.it/opera/pearson/0-6063-campbell_la_forma_e_la_funzione_negli_animali?iesError=login_required&iesErrorDescription=Login+required
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