Caratteri sessuali multipli e scelta femminile in Salaria pavo

Il concetto di selezione sessuale basata sulla scelta femminile è sempre stato una delle parti più controverse della teoria evolutiva proposta da Darwin, tanto che solo nel 1982 è stato compiuto uno studio sperimentale che ha dimostrato per la prima volta che le femmine possono scelgliere il compagno riproduttivo sulla base degli ornamenti maschili. In seguito a questo primo lavoro, numerosi studi hanno dimostrato in moltissime specie animali che la selezione intersessuale è uno dei più importanti processi per l’evoluzione e la speciazione, in quanto porta allo sviluppo di caratteri connessi alla segnalazione della qualità del compagno riproduttivo e/o al riconoscimento dei conspecifici. Inoltre, sia modelli genetici che studi sperimentali hanno dimostrato l’idea fischeriana della coevoluzione auto rinforzante dei caratteri sessuali secondari (CSS) e della preferenza femminile. Tuttavia, il problema cruciale della teoria Darwiniana, cioè la ragione per cui le femmine debbano preferire gli individui con ornamenti più sviluppati, e quali benefici possano ottenere da questa scelta, rimane ancora controverso. I benefici che le femmine possono ottenere possono essere raggruppati in due differenti categorie: benefici diretti, come ad esempio una maggiore fecondità, migliori cure parentali o un minor rischio di contrarre infezione durante l’accoppiamento, oppure in benefici indiretti, legati a benefici genetici che aumentano la sopravvivenza o il successo riproduttivo della prole. Se la scelta femminile è volta ad ottenere benefici, allora è lecito aspettarsi che lo sviluppo dei CSS e la qualità dei maschi siano tra loro correlati positivamente. Questo in realtà non è sempre vero, e esistono diversi motivi per cui invece i maschi che investono maggiormente nello sviluppo dei CSS possano non avere sufficienti risorse per le altre qualità, come ad esempio le cure parentali, l’investimento per la produzione di spermi e per il sistema immunitario. Ad esempio in alcuni casi, in specie in cui sono presenti tattiche riproduttive alternative, i maschi territoriali, che hanno CSS più sviluppati, producono eiaculati di minor qualità rispetto ai maschi che parassitano gli accoppiamenti. Inoltre, esiste un sempre maggior numero di testimonianze che in molte specie, soprattutto insetti e uccelli, siano presenti compromessi tra l’investimento in CSS e l’investimento per il sistema immunitario. La comprensione dei meccanismi di selezione intersessuale risulta ancora più complicata, se si considera che nell’ultimo ventennio ci si è resi conto che in molte specie le femmine basano la scelta del compagno non su un singolo tratto, ma sulla base di caratteri multipli. Il perché di questa contemporanea presenza di più tratti è tuttora dibattuta, e ha portato alla formulazione di diverse ipotesi. L’uso dei tratti multipli potrebbe essere: I) adattativa, se aumenta la fitness della femmina riducendo il costo della scelta e la possibilità di errori; II) non avere influenza sulla fitness della femmina, ma essere dovuta al mantenimento di preferenze femminili innate o sviluppatesi in altri contesti e con altre funzioni; III) disadattativa, se diminuisce la fitness delle femmine, in quando i maschi sfruttano bias sensoriali per manipolare la scelta femminile. Lo scopo di questo progetto è stato quello di determinare se i diversi tratti esibiti dai maschi siano informativi e, se si, di quali qualità maschili. Inoltre, ha cercato di valutare la possibile presenza di compromessi tra l’investimento maschile in alcuni tratti o qualità a discapito dell’investimento in altri. Infatti, sebbene la presenza di CSS multipli sia molto diffusa nel regno animale, raramente si sono condotti studi che abbiano cercato di valutare tutte le diverse componenti dei tratti maschili e la possibile presenza di compromessi tra l’investimento per il loro sviluppo e l’investimento in tratti post-copulatori o del sistema immunitario. La specie modello scelta per questo lavoro è Salaria Pavo (Risso, 1810). Salaria pavo è un blennide di medie dimensioni (lunghezza massima 15 cm), che presenta un forte dimorfismo sessuale, in cui i maschi hanno dimensioni maggiori rispetto alle femmine, esibiscono una vistosa cresta cefalica e hanno i primi due raggi della pinna anale modificati in una coppia di ghiandole anali. Durante la stagione riproduttiva i maschi difendono un nido (generalmente una cavità nella roccia o un guscio vuoto di bivalve) in cui diverse femmine depongono uova di tipo demerso, incollandole in singolo strato alle pareti interne del nido. Il maschio poi difenderà le uova, compiendo cure parentali su di esse, sino alla schiusa. In questa specie è stata inoltre descritta la presenza di tattiche riproduttive alternative, con maschi piccoli e che non hanno CSS sviluppati che parassitano gli accoppiamenti dei maschi territoriali. Studi recenti hanno inoltre dimostrato che il secreto delle ghiandole anali produce un muco ricco di una sostanza con potere antimicrobico. È stato ipotizzato che i maschi spalmino questo secreto sulle uova durante le cure parentali. Il progetto è stato organizzato in tre parti: I) studio della relazione fra l’espressione dei caratteri maschili dimorfici e il successo di accoppiamento; II) studio della relazione fra lo sviluppo dei caratteri sessuali secondari dei maschi e le loro possibili qualità; III) studio delle relazioni tra diversi aspetti dell’investimento riproduttivo. Durante la prima fase sono stati raccolti in natura i dati del successo di accoppiamento dei maschi (numero di uova nel nido e numero di display di corteggiamento femminili ricevuti) e confrontati con lo sviluppo dei tratti maschili. Sia la ghiandole anali che la cresta cefalica sono risultati tratti che hanno influenza sul successo di accoppiamento maschile. Con esperimenti di preferenza femminile si è inoltre dimostrato che questi tratti sono sottoposti a selezione intersessuale, in quanto le femmine hanno preferito corteggiare di maschi che avevano creste e ghiandole maggiormente sviluppate. La seconda parte del lavoro è stata incentrata sulla valutazione delle informazioni sulla qualità dei maschi che le femmine possono ricavare valutando i maschi sulla base di questi due CSS. Questo studio è stato affrontato con due differenti approcci, per valutare: a) l’espressione dei caratteri sia pre che postcopulatori in maschi sottoposti ad uno stress immunitario; b) il ruolo svolto dalle ghiandole anali nella protezione delle uova da infezioni. Per valutare il legame tra l’espressione dei CSS maschili, la qualità del loro eiaculato e lo stato di salute, un gruppo di maschi è stato trattato con iniezione di LPS, un antigene di Escherichia coli, che è un potente attivatore del sistema immunitario che induce rapidamente una risposta infiammatoria. La cresta è risultata l’unico tratto a subire l’influenza del trattamento, mostrando una diminuzione sia nell’estensione che nell’intensità della sua colorazione gialla. Per valutare il ruolo delle ghiandole anali nella protezione delle uova sono state studiate tre diverse caratteristiche: a) la relazione tra le dimensioni delle ghiandole e il contenuto proteico del loro secreto; b) l’attività antimicrobica del loro secreto contro 7 diversi ceppi batterici marini; c) l’efficacia del secreto nell’aumentare la sopravvivenza delle uova. Le dimensioni delle ghiandole anali sono risultate positivamente correlate con il contenuto proteico della loro secrezione, secrezione che è risultata inoltre avere potere antimicrobico, inibendo la crescita di 5 dei 7 ceppi batterici testati e proteggendo le uova da infezioni batteriche. Nella terza e ultima parte del lavoro sono stati raccolti dati sul campo relativi all’apporto delle cure parentali sulle uova di un gruppo di maschi. Questi dati sono quindi stati confrontati con le caratteristiche maschili, sia in termini dello sviluppo dei CSS, che in qualità dell’eiaculato e stato del sistema immunitario. L’investimento complessivo in cure parentali (considerando sia le ghiandole anali che alcuni comportamenti) è risultato negativamente correlato con l’investimento per l’accoppiamento (sia in termini di dimensioni della cresta che numero di spermi prodotti). Le dimensioni delle ghiandole anali e il tasso di frequenza con cui i maschi spalmano il loro secreto sulle uova sono risultati correlati positivamente con due indici di stress immunitario, rispettivamente il rapporto tra il numero di granulociti e quello dei linfociti e il livello di nitriti e nitrati nel sangue. Le dimensioni della cresta sono inoltre risultate correlate positivamente al numero di spermi, mentre nessuna relazione è risultata tra questa caratteristica dell’eiaculato e le dimensioni complessive dei maschio e delle ghiandole anali. I risultati di questo studio evidenziano l’importanza della cresta cefalica e della ghiandole anali nel successo riproduttivo dei maschi di S. pavo. La preferenza femminile sulla base delle dimensioni della cresta è stata dimostrata sia dalle osservazioni in natura che negli esperimenti con i modelli di maschio, in cui i maschi con cresta di maggiori dimensioni sono stati i maschi più corteggiati dalle femmine. La colorazione gialla della cresta è risultato essere un carattere legato allo stato di salute del maschio, come dimostrato negli esperimenti con l’LPS. È noto infatti che questo antigene provoca negli organismi un aumento delle specie reattive dell’ossigeno, con conseguente aumento dello stress ossidativo. Questo stress viene spesso contrastato attraverso la mobilitazione di antiossidanti a spese dell’espressione dei CSS. La diminuzione della colorazione gialla della cresta osservata nei maschi dopo il trattamento potrebbe quindi essere dovuta alla mobilitazione dei carotenoidi, probabilmente responsabili della colorazione, in risposta al forte stress ossidativo indotto dall’LPS. Infatti i carotenoidi sono composti antiossidanti e hanno un ruolo nell’attivazione del sistema immunitario. Inoltre, queste sostanze non possono essere direttamente prodotte dall’organismo, ma vengono unicamente acquisite attraverso la dieta, e gli individui sono costretti quindi ad ottimizzarne l’utilizzo tra l’espressione dei CSS, la risposta immunitaria e la protezione da stress ossidativo. La colorazione della cresta dei maschi di S. pavo sembra quindi rappresentare un segnale onesto della loro condizione, e potrebbe essere usata dalle femmine per valutare la qualità del maschio in termini di stato di salute. Le dimensioni complessive della cresta sono invece risultate correlate positivamente al numero di spermi presenti nell’eiaculato. Questa correlazione è prevista dalla “phenotype-linked fertility hypothesis”, secondo cui gli ornamenti potrebbero segnalare onestamente le fertilità dei maschi, e le femmine sceglierebbero sulla base di questi caratteri per ottenere un maggior tasso di fertilizzazione della proprie uova. Tuttavia, le prove sperimentali a sostegno di questa ipotesi sono controverse, e un’ipotesi più convincente potrebbe consistere nel fatto che maschi di migliore qualità generale siano in grado di produrre sia CSS più sviluppati che eiaculati di miglior qualità. La cresta cefalica di questa specie sembra essere un tratto multi-componente, che trasmette informazioni relative a differenti aspetti della qualità del maschio, con la sua colorazione legata allo stato di salute e le sue dimensioni complessive che co-variano con la fertilità. Le femmine quindi, preferendo maschi con creste più grandi e colorate, potrebbero ottenere benefici diretti, sia in termini di fecondità, ma anche dovuti all’accoppiarsi con maschi più sani, come ad esempio un minor rischio di contrarre infezioni durante l’accoppiamento. Inoltre le femmine potrebbero ottenere anche benefici indiretti, se l’essere in buone condizioni è anche legato ad alcune componenti genetiche e queste possono essere trasmesse alla prole. Lo studio relativo alla funzione delle ghiandole anali ha dimostrato che in questa specie i maschi sono in grado di aumentare la sopravvivenza della prole attraverso il rilascio, durante le cure parentali, di sostanze dal potere antimicrobico. Il secreto prodotto da queste ghiandole è risultato attivo contro 5 dei 7 ceppi batterici testati in questo lavoro, tre dei quali sono causa di comuni patologie per i pesci, mentre due (M. luteus e B: subtilis) vengono comunemente usate come indicatori di attività del lisozima. Quest’ultimo risultato in particolare suggerisce che la sostanza lisozima-simile, che alcuni Autori hanno individuato nel secreto delle ghiandole anali, viene rilasciata nel muco da loro prodotto. Gli esperimenti di sopravvivenza delle uova hanno infine confermato che questo muco contribuisce alla protezione delle uova dalla colonizzazione batterica. Inoltre, le femmine hanno mostrato di preferire i maschi con le ghiandole più sviluppate, sia considerando i dati raccolti in natura, sia i dati degli esperimenti condotti in cattività. Poiché ghiandole più grandi producono un secreto più ricco di proteine, presumibilmente anche di antimicrobici, la scelta femminile sulla base di questo tratto sembra favorita dall’acquisizione di benefici diretti, in termini di maggior sopravvivenza della prole. Sia le dimensioni delle ghiandole che la frequenza con cui i maschi spalmano il loro secreto sulle uova sono risultate inoltre correlate positivamente a due indici di stress immunitario. Considerando che il secreto delle ghiandole anali può essere considerato una componente delle cure parentali, questi risultati potrebbero indicare che i maschi che allocano maggiori risorse per aumentare la sopravvivenza della prole subiscano un aumento del loro livello di stress. La cresta cefalica e le ghiandole anali sono risultati due tratti indicativi di differenti qualità maschili, come atteso secondo l’ipotesi dei messaggi multipli, che prevede che i diversi CSS siano informativi di differenti qualità maschili. Secondo questo modello, i differenti caratteri potrebbero essere valutati insieme dalle femmine che in questo modo potrebbero ottenere informazioni sulla qualità complessiva del maschio, oppure femmine diverse potrebbero prestare differente attenzione ai diversi tratti. Infatti spesso le femmine possono scegliere il compagno sulla base di diversi segnali che possono fornire informazioni diverse, che non sono necessariamente correlate positivamente tra loro. Esiste infatti un crescente numero di prove che esistono compromessi tra l’investimento che i maschi fanno verso tratti che ne aumentano l’attrattività e altri tratti che invece possono determinare importanti conseguenze per la fitness della femmina o della prole, come ad esempio la fertilità, le cure parentali o lo stato del sistema immunitario. Le femmine potrebbero quindi valutare queste caratteristiche in maniera differente, in dipendenza che la loro scelta sia volta all’ottenimento di benefici diretti o genetici. In S. pavo l’investimento maschile nelle cure parentali è risultato negativamente correlato allo sviluppo della cresta, evidenziando come anche in questa specie esista un trade-off tra la condizione/fertilità dei maschi e le loro qualità di genitori. Sarà interessante in futuro valutare se anche in questa specie le femmine valutino la qualità complessiva dei maschi o se sia presente una scelta differenziale femminile.