Quando fa troppo caldo le raganelle dagli occhi rossi si sviluppano prima

Gli embrioni si spostano dalle foglie ai sottostanti stagni della foresta pluviale

[5 Ottobre 2022]

Lo studio “Heat-induced hatching of red-eyed treefrog embryos: Hydration and clutch structure increase behavioral thermal tolerance”, pubblicato su Integrative Organismal Biology da Estefany Caroline Guevara-Molina e Fernando Ribeiro Gomes dell’Universidade de São Paulo, e  Karen Warkentin della Boston University e dello Smithsonian Tropical Research Institute (STRI), racconta come il riscaldamento climatico può influenzare lo sviluppo di alcune specie.

La Guevara-Molina studiava allo STRI di Panama lo sviluppo degli embrioni di  raganelle dagli occhi rossi (Agalychnis callidryas) e mono a mano che crescevano comparivano piccole parti e la ricercatrice racconta su Smithsonian Magazine che « Il secondo giorno, i cuoricini iniziarono a lampeggiare come segnali sotto i petti traslucidi. Il terzo giorno, gli occhi si annerirono e le branchie esterne ondeggianti si allungarono in rami. Il quinto giorno, i sistemi sensoriali come il sistema vestibolare e i suoi organi dell’orecchio interno erano pronti  per rilevare l’attacco di un serpente, il morso di una vespa o lo strisciamento di funghi sulle uova». E’ allora che la Guevara-Molina ha esposto le uova al caldo e ha visto che «A frotte, gli embrioni si sono schiusi prima del tempo. Questo comportamento rende le raganelle dagli occhi rossi la prima specie i cui embrioni si schiudono per sfuggire al surriscaldamento e aggiunge l’aumento della temperatura ai fattori scatenanti noti della schiusa precoce delle rane, comprese le vibrazioni prodotte dalla predazione e la perdita di ossigeno durante le inondazioni.»

Warkentin, che ha guidato il team di ricerca, ha sottolineato che «Più domande poniamo loro, più scopriamo cosa possono fare [le rane]. Il fatto che gli embrioni abbiano una risposta comportamentale allo stress termico, che li porta fuori dall’uovo e nello stagno presumibilmente più fresco, è davvero interessante perché apre un sacco di altre domande.

Warkentin studia la schiusa delle raganelle dagli occhi rossi nell’ambiente sin dagli anni ’90, quando ha capito che i loro embrioni potevano schiudersi per sfuggire agli attacchi dei serpenti. Una  scoperta che ha dimostrato che non è sempre vero – come si credeva fino ad allora – che gli embrioni  fanno poco più che svolgere un programma predeterminato per ol loro sviluppo. Invece, Warkentin ha scoperto che mentre gli embrioni di raganella dagli occhi rossi stavano ancora facendo crescere quelle minuscole parti dall’interno della gelatina trasparente delle loro uova, raggiungevano un punto in cui potevano ricevere e agire in base ai segnali provenienti dal mondo esterno. Ogni domanda che Warkentin si è posto da allora agli embrioni proveniva da osservazioni in natura. Quali minacce si avvicinavano alle uova e da quale di esse potevano difendersi le rane ancora in crescita? Nel Parque nacional de Corcovado, in Costa Rica, i serpenti dagli occhi di gatto risucchiano interi  nidi di raganellee. A Gamboa, le vespe si posano sulle foglie e rompono uovo dopo uovo, predando embrione dopo embrione. Le infezioni fungine si diffondono sulle uova e i temporali fanno sorgere stagni che annegano le uova depositate sulle foglie basse. I ricercatori hanno ricreato ciascuna di queste minacce in laboratorio e hanno scoperto che, in risposta. gli embrioni accelerano la loro schiusa: «La schiusa sembrava essere il meccanismo di difesa ad ampio spettro delle rane».

Mentre serpenti e vespe banchettano attaccando alcune deposizioni di uova di raganelle nelle foglie, la siccità e le temperature elevate possono colpire l’intera foresta pluviale ma, a causa del cambiamento climatico, queste condizioni sono in aumento durante la stagione riproduttiva delle raganelle dagli occhi rossi che era solitamente fresca e umida. Warkentin fa notare che «A differenza di qualsiasi tipo di predatore o agente patogeno, questa è una minaccia per tutte le uova che ci sono. Anche le inondazioni, non interessano globalmente all’intera popolazione».

Nel 2017, il team di Warkentin ha aggiunto la disidratazione ai segnali ambientali di schiusa della raganella dagli occhi rossi. Quando gli scienziati hanno tolto l’acqua dalle uova deposte he avevano raccolto in natura, gli embrioni hanno iniziato a schiudersi dalle uova secche circa 10 ore prima rispetto agli embrioni dalle uova idratate. Ma la Guevara-Molina voleva saperne di più: era convinta che il caldo potesse anche accelerare la schiusa e che la sua interazione naturale con l’essiccazione potesse influenzare il modo in cui i primi embrioni si schiudevano.

Precedentemente. La ricercatrice brasiliana aveva fatto parte di un team che studiava le risposte al aaldo delle rane toro giovanili e aveva scoperto le temperature massime tollerate dalle rane toro prima di trasferirsi in un luogo più fresco. Credeva che gli embrioni di raganella dagli occhi rossi potessero usare la schiusa per spostarsi allo stesso modo in un luogo più fresco, rendendo il comportamento un indicatore delle temperature massime che tolleravano. Quindi ha collaborato con Warkentin per testare la schiusa indotta dal calore e vedere se la disidratazione portava ancora prima a una schiusa indotta dal caldo.

Nel 2018, la Guevara-Molina ha raccolto covate di uova deposte durante la notte da raganelle dagli occhi rossi in uno stagno nella foresta tropicale umida intorno allo  STRI di Panama. Alcune uova le ha mantenute idratate nel sistema automatizzato di umidificazione delle uova del laboratorio e altre le ha trattate con l’essiccazione controllata. Ha tenuto alcune uova insieme nelle foglie, mentre ne isolava altre per controllare in modo più uniforme la loro disidratazione. Poi, quando avevano 5 giorni,  ha riscaldato le uova per diverse ore e quando il team di  Warkentin ha confrontato le raganelle rispetto alle minacce studiate in precedenza,  ha scoperto che la scadenza dei 5 giorni era un punto di partenza affidabile per esperimenti di schiusa: gli embrioni normalmente subivano un ciclo di sviluppo di una settimana, ma a 5 giorni erano abbastanza sviluppati per schiudersi in risposta alla maggior parte dei segnali e sopravvivere una volta fuori dall’uovo, anche se non così bene come i piccoli di 7 giorni. Warkentin  spiega sullo Smithsonian Magazine: «Sono piccoli e semplicemente non sono così abili e robusti come se avessero avuto qualche giorno in più per svilupparsi nell’uovo. C’è un prezzo da pagare lì. Ma se sai che morirai, corri  queello che sai che potrebbe essere il prossimo  rischio».

Quando la Guevara-Molina ha aumentato le temperature rispetto al livello di comfort della stagione umida di circa 78 gradi Fahrenheit, ha visto gli embrioni diventare irrequieti, muoversi fino a quando il caldo alla fine li ha spinti a rompere le capsule degli ovuli e a divincolarsi per uscire. «Gli embrioni si sono schiusi a circa 100 gradi Fahrenheit in frizioni bagnate e a circa 93 gradi in uova bagnate e isolate – spiegano i ricercatori – Le raganelle si sono schiuse da frizioni secche a circa 97 gradi e da uova secche isolate a circa 88 gradi». I cali di numero tra uova umide e secche hanno confermato alla Guevara-Molina che «Gli embrioni che si sviluppano sotto disidratazione si schiudono a temperature più basse per proteggersi».

Sebbene avesse previsto la risposta, la Guevara-Molina era ancora sbalordita: «So che le lucertole adulte, i serpenti e le rane, possono rispondere alla temperatura ed evitare il surriscaldamento. Ma per gli embrioni, è una risposta sorprendente».

Secondo Brooke Bodensteiner, laureata in fisiologia termica presso la Yale University che non è stata coinvolta nello studio, «I suoi risultati portano un solido pezzo del puzzle allo studio delle tolleranze termiche negli animali. Bodensteiner studia come animali come le lucertole anole delle Grandi Antille rispondono alla temperatura in un mondo in rapido cambiamento: «Quando i biologi individuano i limiti di caldo sopportabili da un animale, gli scienziati possono quindi utilizzare quei dettagli comportamentali per informare i modelli che tracciano la vita nei futuri scenari di cambiamento climatico. Capire quali sono questi limiti di temperatura può essere importante per capire dove può trovarsi un organismo, dove non può e se può spostarsi attraverso determinati ambientiz.

Ma riestano le domande su come gli embrioni di raganella dagli occhi rossi possano agire sui loro limiti di temperatura. I ricercatori vogliono scoprire i meccanismi attraverso i quali gli embrioni possono percepire il caldo, la disidratazione o entrambi. E non sanno ancora esattamente quanto presto gli embrioni possono schiudersi in risposta al caldo.

Guevara-Molina si è concentrata sui test su embrioni di 5 giorni e, sebbene gli embrioni possano rispondere prima al caldo, il corso del loro sviluppo fornisce loro una finestra di opportunità limitata. Quando gli embrioni crescono dalle palline di tuorlo nei primi due giorni, sono troppo giovani per agire. Quel periodo di attesa potrebbe essere sufficiente per renderli vulnerabili a un periodo caldo e secco. Warkentin  concorda: «Dal punto di vista della minaccia ambientale, mi sembra che molte uova possano morire quando sono più giovani, o essere così secche da morire prima di arrivare a un punto in cui potrebbero schierare questa difesa».

Per saperne di più. il team di Warkentin continuerà a lavorare su raganelle e caldo a Gamboa. Studiando gli embrioni, stanno estendendo la nostra comprensione sulle risposte degli animali al caldo durante le prime fasi della vita e la Bodensteiner conclude: «Dobbiamo studiare quelle fasi per avere un quadro completo. Alcune di queste altre fasi della vita come uova e girini possono avere risposte molto diverse alla temperatura rispetto a un’altra fase della vita, oppure potrebbero essere più vulnerabili ai cambiamenti climatici. Noi, sul campo, stiamo migliorando nel colmare queste lacune. Ma penso che ci sia ancora molta strada da fare».