Pipistrelli Yin e Yang: la differenza nell’ecolocalizzazione è nascosta nelle loro orecchie

L’evoluzione di un osso dell’orecchio dei pipistrelli che potrebbe insegnarci molte cose sull’udito umano

[1 Febbraio 2022]

Il nuovo studio “Evolution of inner ear neuroanatomy of bats and implications for echolocation”, pubblicato su Nature da un team di scienziati statunitensi guidato da Benjamin Sulser  della Richard Gilder Graduate School dell’American Museum of Natural History, è il primo a confrontare le strutture dell’orecchio interno dei due principali gruppi di pipistrelli, rivelando che «Le differenze anatomiche hanno influenzato la loro evoluzione».

Infatti, lo studio mostra come «Le variazioni nel canale osseo che costituisce parte dell’orecchio interno influenzino i nervi che trasmettono il suono al cervello, il che alla fine ha aperto la strada allo sviluppo di diverse forme di ecolocalizzazione e foraggiamento all’interno di ciascun lignaggio».

Sulser spiega che «Sembra esserci questo cambiamento fondamentale nel modo in cui è costruito l’orecchio, che è piuttosto significativo per distinguere tra questi gruppi di pipistrelli e comprendere le loro diverse storie evolutive».

Tutti i pipistrelli viventi rientrano in uno dei due lignaggi: gli Yangochiropterans, o pipistrelli yang, che includono l’80% di tutte le specie di pipistrelli ecolocalizzanti, e gli Yinpterochiropterans, o pipistrelli yin. Sono geneticamente distinti, ma le specie all’interno di ciascun gruppo non hanno molti tratti fisici in comune. All’American Museum of Natural History ricordano che «Prima che questi dati genetici diventassero disponibili 20 anni fa, i pipistrelli erano stati classificati in due gruppi diversi in base al loro aspetto. I pipistrelli più grandi e mangiatori di frutta sono stati inseriti in una loro categoria separata dai pipistrelli più piccoli che mangiano principalmente insetti».

Un altro autore dello studio, Bruce Patterson del Negaunee Integrative Research Center e curatore della collezione dei mammiferi al Field Museum of Natural History di Chicago, sottolinea che «E’ diventato chiaro che l’analisi genetica è il modo migliore per ricostruire la storia evolutiva di questi pipistrelli, ma avevamo un segnale genetico così chiaro che c’erano due gruppi, che abbiamo pensato che dovessero esserci dei tratti fisici che si allineassero con questa sorprendente divisione genetica».

Sulser ha iniziato a studiare l’orecchio interno del pipistrello mentre studiava all’università di Chicago ed è allora che si è reso conto che ad alcuni pipistrelli manca un canale osseo che si trova in tutti gli altri mammiferi e che porta i nervi tra le orecchie e il cervello: il canale di Rosenthal che è solitamente una solida parete ossea con fori microscopici attraverso i quali passano i nervi, simile a un filtro per il caffè. «Pensavamo che questa struttura potesse essere variabile, non ci aspettavamo che fosse scomparsa», ha detto Sulser.

L’autore senior dello studio Zhe-Xi Luo del Department of organismal biology and anatomy dell’università di Chicago che ha studiato le origini dell’udito nei mammiferi, ha detto in un’intervista a Science: «Per me questa è una grande rivelazione. Questo è totalmente distinto e unico da tutti gli altri mammiferi udenti»

Per avere un quadro più completo, il team di ricercatori – che comprende anche Daniel Urban, dell’università dell’Illinois – Urbana-Champaign e dell’università della California – Los Angeles, e April Neander, dell’università di Chicago – ha effettuato scansioni TC di 39 specie di pipistrelli e ha registrato tutti i tipi di variazioni dell’orecchio e li ha mappati sull’albero evolutivo dei pipistrelli per determinare quando si è evoluta l’assenza del canale e se fosse associata ad altri tratti.
I ricercatori statunitensi hanno così scoperto che «L’assenza del canale di Rosenthal è unica per gli Yangochirotteri, anche se alcuni lo conservano. Quando i pipistrelli yang ce l’hanno, tuttavia, il canale ha fori molto più ampi nella parete del canale rispetto a quelli visti nei pipistrelli yin, più simili a un colapasta che a un filtro per il caffè». Il team ha quindi esaminato i tessuti molli e ha scoperto che «Diversi pipistrelli yang avevano più nervi stipati in questa regione rispetto ai pipistrelli yin».

Sulser ricorda che «I pipistrelli yang hanno una notevole varietà di comportamenti, habitat e diete, e questo è abbinato a una varietà simile nell’orecchio stesso in termini di parete del canale e numero di corpi nervosi all’interno. Questi pipistrelli yang hanno un kit di strumenti flessibile che potrebbe aver permesso loro di evolversi in nuove nicchie di ecolocalizzazione.
I pipistrelli si affidano all’ecolocalizzazione per percepire il mondo che li circonda. La maggior parte dei pipistrelli yang utilizza un tipo di ecolocalizzazione modulata in frequenza, utilizzando brevi impulsi sonori tra lunghi intervalli di silenzio. Invece, i pipistrelli yin usano l’ecolocalizzazione a frequenza costante che si basa su impulsi più lunghi.

Luo fa notare che «Questi sono modi diversi per raggiungere lo stesso obiettivo. E’ come se questi due tipi di pipistrelli parlassero dialetti diversi di una lingua». Luo sospetta che, «Dato che i nervi dei pipistrelli yang non sono così confinati, la perdita del canale nervoso osseo abbia liberato nuove capacità uditive. I grandi canali nervosi nei roditori sono collegati a fasci più grandi di neuroni uditivi e studi precedenti hanno scoperto che i pipistrelli yang tendono ad avere più neuroni nel nervo uditivo rispetto alle specie yin. La rimozione di parti della parete del canale potrebbe anche creare spazio per un nervo uditivo più robusto o diverse configurazioni nervose».

E Sulser conferma: «Infatti, rispetto ad altri pipistrelli, i pipistrelli yang mostrano una maggiore diversità sia nell’anatomia dell’orecchio interno che nei metodi di caccia. Questo suggerisce che il design dell’orecchio dei yang ha consentito ai pipistrelli di adattarsi a una varietà di nicchie, dall’afferrare le rane al nutrirsi di fiori».

Luo aggiunge: «Molti pipistrelli yin con canali nervosi solidi usano una singola nota sostenuta nel loro richiamo. Questo approccio è ben sintonizzato per identificare il battito delle ali degli insetti a distanze maggiori. Al contrario, la maggior parte dei pipistrelli noti per avere il canale nervoso mancante o traforato utilizza una gamma più ampia di frequenze, rendendoli più adatti a individuare dettagli complessi a brevi distanze e consentendo loro potenzialmente di specializzarsi nella cattura di prede particolari in habitat specifici».

Sulser conclude: «Comprendere le variazioni nelle orecchie interne dei pipistrelli è importante non solo per capire come si sono evoluti, ma anche per comprendere la nostra anatomia. Abbiamo lo stesso kit di strumenti per l’udito dei pipistrelli e ora conosciamo un altro modo in cui quel kit di strumenti può essere diverso. Stiamo ancora imparando sempre cose nuove sulle strutture che sono nei nostri stessi corpi».