Le farfalle hanno sviluppato un metodo differente dal nostro per vedere e percepire il mondo. In questo articolo parleremo dei loro occhi e di come funzione.

Le farfalle hanno sviluppato un metodo differente dal nostro per vedere e percepire il mondo. Sono dotate di occhi composti e riescono a percepire i raggi UV, invisibili ad occhio umano.

Gli occhi composti non sono un carattere unico dei lepidotteri, bensì di tanti altri invertebrati come ragni, scorpioni, mosche, mantidi e via dicendo.

Occhio composto

Ogni occhio composto contiene tanti ommatidi, i quali a loro volta sono formati da 9 cellule fotorecettrici (cromatofori) deputati alla trasduzione di un fotone in un segnale elettrochimico, il primo passo per la realizzazione di un’immagine.

Fig.1 Illustrazione schematica di un ommatidio rappresentato con tutte le sue parti. L’insieme di ommatidi compone l’occhio composto.

Qual è il vantaggio evolutivo nello sviluppare un occhio composto? Ampio raggio di visione e possibilità di avere una visione dorsale e ventrale, cioè l’occhio è diviso in due parti.

L’occhio umano riesce a coprire un angolo di 180°, di cui solo 120° tridimensionale ed il resto in 2D. Le farfalle invece ci superano di gran lunga ed arrivano ad una visione totale di circa 314°, vale a dire che riescono ad avere un’ottima percezione visiva dell’ambiente circostante.

In natura questo tipo di adattamento è essenziale per evitare con maggior efficacia i potenziali pericoli.

Il secondo vantaggio di cui ho accennato prima, la divisione in visione dorsale e ventrale dell’occhio composto, permette alle farfalle di poter controllare lo spazio sotto di esse e quello soprastante dove ci sono i predatori.

Un nuovo modello evolutivo

Uno studio condotto sulle principali quattro famiglie di farfalle ha permesso ai ricercatori di formulare un nuovo modello evolutivo che ci fornisce una spiegazione sulla radiazione dei tipi di occhi che incontriamo oggi. Il risultato è stato ottenuto studiando tre geni diversi e le loro mutazioni.

Qui sotto elenco le quattro famiglie con le relative specie prese come campione:

  • Papilionidae: Papilio xuthus
  • Nymphalidae: Danaus plexippus
  • Lycaenidae: Lycaena rubidus
  • Pieridae: Pieris rapae crucivora

 

Fig.2. Alberi filogenetici rappresentanti il percorso evolutivo dei geni implicati nella produzione di proteine sensibili a varie lunghezze d’onda (UV, blu e tonalità calde).Prima di poter parlare nello specifico dei due alberi filogenetici bisogna capire che cosa simboleggiano le varie abbreviazioni:

  • UV -> geni che codificano proteine in grado di percepire i raggi UV
  • B-> geni che codificano proteine in grado di percepire il colore BLU e le varie tonalità
  • LW-> sta per “LONG WAVE” e sono quei geni che codificano proteine per i colori rosso, giallo e arancione
  • R-> Si riferisce ai fotorecettori all’interno degli ommatidi di cui parlavamo all’inizio dell’articolo, suddivisi in R1-2 per la visione UV e R3-8 per i colori caldi come giallo, rosso ed arancione.

Le famiglie più basali, ovvero quelle più arcaiche sono Papilionidae e Pieridae. Le più derivate dalla farfalla ancestrale invece sono le famiglie Lycaenidae e Riodinidae.

Risultati molto diversi dalla duplicazione del gene B

In Fig.2.A viene riportato lo studio condotto sulle cellule R1-2 le quali contengono fotorecettori sensibili ai raggi UV e al blu. Il fatto interessante è la duplicazione indipendente del gene B nelle due famiglie di farfalle, Lycaenidae e Pieridae, dando risultati molto diversi.

Nei Pieridi la duplicazione del gene B ha prodotto una minor capacità visiva del colore blu.

Nei Licenidi invece la storia è molto più interessante, maschi e femmine vedono il mondo letteralmente con due occhi diversi. Al contrario delle altre famiglie di farfalle che esprimono uno o tre geni LW nelle cellule R3-8, i maschi di L. rubidus esprimono solo il gene B1 (blu scuro) mentre le femmine della stessa specie esprimono due geni, B1 e LW (blu scuro e arancione).

La spiegazione della vista differente in base al sesso della specie può essere trovata nella forte territorialità che contraddistingue il maschio di L. rubidus, il quale usa la visione dorsale a due colori per cogliere meglio i movimenti dei suoi rivali.

La percezione del colore verde

La duplicazione del gene B nei Licenidi svolge anche un altro importante compito: la percezione del colore verde. Mentre le farfalle del genere Papilio usano le tre duplicazioni del gene LW per vedere il colore verde, i Licenidi sfruttano la combinazione del gene B2 con LW per estendere la loro visione allo spettro del verde!

Due modi differenti per ottenere lo stesso risultato, in biologia questo fenomeno è chiamato evoluzione convergente.

In Fig.1.B è possibile notare la grande varietà di combinazioni delle cellule fotorecettrici all’interno della famiglia dei Papilionidae e che una mutazione del gene LW rosso è andata persa all’interno dei Licenidi, probabilmente a causa del gene B.

Conclusioni

Lo studio apre nuove porte sulla conoscenza della visione in questo formidabile gruppo di insetti e getta le basi per future ricerche; volte a capire come percepiva il mondo la farfalla ancestrale milioni di anni fa insieme alle prime piante da fiore (Angiosperme).

Bibliography: Reconstructing the ancestral butterfly eye: Focus on the opsins. Journal of Experimental Biology 211(Pt 11):1805-13 · July 2008. DOI: 10.1242/jeb.013045

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