Aricia artaxerxes (stânga) și Aricia montensis (dreapta). Foto: Vlad Dincă
Când aparențele înșală: fluturi identici, specii diferite21 min read
Unele specii de fluturi arată la fel, dar sunt diferite genetic. Studiile recente arată că multe dintre speciile europene binecunoscute ascund specii noi, „invizibile” fără analiză ADN.
Pe Pământ, viața înflorește și se manifestă printr-o diversitate extraordinară de forme, culori și comportamente. Actorii principali în acest spectacol unic al vieții sunt speciile care, deși reprezintă o categorie de bază în biologie, sunt subiectul unora dintre cele mai aprige controverse din lumea științifică.
Pe scurt, deocamdată nu există o definiție universal acceptată a speciei. Această situație reflectă complexitatea lumii vii, care nu poate fi cu ușurință clasificată în unități discrete (specii) pe baza unor criterii aplicabile tuturor organismelor.
Chiar dacă una dintre cele mai populare definiții se bazează pe așa numita izolare reproductivă (împerecherea dintre indivizii a două specii diferite nu generează urmași fertili), există și definiții care se referă la diferențe morfologice, genetice sau // „Progress toward a general species concept”, doi.org //
Biodiversitatea, cheia echilibrului natural
Indiferent cum sunt definite speciile, ansamblul lor dintr-un anumit areal formează biodiversitatea. Conservarea biodiversității este importantă nu doar din motive morale – pentru a respecta dreptul la existență al tuturor formelor de viață –, ci și din motive practice.
Aer și apă curate, culturi polenizate eficient, soluri de calitate, climă stabilă, în general un echilibru natural care face pur și simplu viața mai ușoară, toate acestea depind de conservarea biodiversității. Din păcate, planeta se confruntă cu o profundă criză a biodiversității – declinul său alarmant este, în cea mai mare parte, cauzat de activități umane.
Chiar și așa, poate părea că există o imagine clară asupra speciilor deja pierdute sau aflate în pericol. Presupunerea comună este că specialiștii cunosc bine animalele și plantele din jur și interacțiunile cu acestea. Totuși, realitatea este diferită: nivelul actual de cunoaștere a numărului total de specii și a distribuției lor geografice rămâne departe de a fi satisfăcător.
Estimările recente privind numărul total de specii variază considerabil – de la aproximativ // „Predicting Total Global Species Richness Using Rates of Species Description and Estimates of Taxonomic Effort”, doi.org // până la // „Scaling laws predict global microbial diversity”, doi.org // cu o valoare frecvent citată de circa nouă milioane. În prezent, doar aproximativ 2,2 milioane de // „Catalogue of life”, catalogueoflife.org // au fost descoperite și catalogate, ceea ce indică un nivel ridicat de necunoaștere cu privire la biodiversitatea planetei.
Ținând cont că speciile cunoscute au fost descoperite în aproximativ 250 de ani, ritmul actual de documentare a biodiversității rămâne extrem de lent. În condițiile crizei de biodiversitate, multe specii dispar sau vor dispărea înainte de a fi descoperite.
Cum se poate ieși din impas?
O soluție vine din progresele recente în tehnologie și în analiza datelor genetice, care redau speranța că biodiversitatea planetei ar putea fi cunoscută într-un interval de timp rezonabil, câteva zeci de ani.
Datele genetice le oferă cercetătorilor un avantaj: pot vedea dincolo de trăsăturile vizibile sau de mediul în care trăiește o specie. Așa descoperă tot mai des specii criptice – grupuri de specii care au fost confundate mult timp cu o singură specie pentru că arată aproape la fel, însă sunt diferite inclusiv la nivel ADN. Nu se știe exact câte sunt și unde apar, dar e tot mai clar că formează o parte importantă din biodiversitate.
În lipsa unei cunoașteri bune a speciilor criptice, pot apărea erori în bioprospectare, în controlul unor dăunători, în tratamentele pentru mușcături veninoase și în strategiile de conservare. Aceste confuzii afectează eficiența intervențiilor și pot compromite rezultatele.
Unde se poate ascunde această biodiversitate încă nedetectată?
Nimeni nu știe cu certitudine, însă printre candidații promițători se numără organisme precum bacteriile, fungii, protozoarele și artropodele, mai ales din zone tropicale sau // „Cryptic species as a window on diversity and conservation”, doi.org //
Insectele, parte din grupul artropodelor, sunt printre cele mai diverse viețuitoare de pe Pământ – aproximativ un milion de specii descrise, adică aproape jumătate din biodiversitatea cunoscută. Deși unele estimări plasează numărul total al speciilor de insecte în jurul valorii de // „New approaches narrow global species estimates for beetles, insects, and terrestrial arthropods”, pnas.org // diversitatea reală ar putea fi // „How Many Species Are There on Earth and in the Ocean?”, journals.plos.org // mai ales din cauza speciilor criptice, greu de identificat prin metode clasice.
De exemplu, un studiu publicat în // „Estimating Global Biodiversity: The Role of Cryptic Insect Species”, doi.org // a calculat că fiecărei specii de insectă cunoscută ar putea să îi corespundă trei specii criptice, cu implicații majore asupra modului în care este percepută biodiversitatea globală.
Chiar și grupuri de insecte bine cercetate, precum fluturii de zi (19.000 de specii cunoscute), dezvăluie o mare diversitate a speciilor criptice. Un studiu care a analizat secvențe ADN pentru 459 de specii și mii de specimene, reprezentând majoritatea speciilor de fluturi diurni din Europa, a estimat că până la 12% dintre acestea ar putea ascunde // „High resolution DNA barcode library for European butterflies reveals continental patterns of mitochondrial genetic diversity”, doi.org //
Se întâmplă asta deoarece, în unele cazuri, indivizii care par identici din punct de vedere morfologic prezintă diferențe notabile la nivel genetic. Când apar astfel de discrepanțe, e nevoie de studii suplimentare pentru a vedea dacă este vorba, de fapt, despre mai multe specii distincte, care nu au fost recunoscute anterior tocmai pentru că sunt foarte asemănătoare – ceea ce le încadrează în categoria speciilor criptice.
Un exemplu interesant este cel al speciilor de Leptidea, fluturi diurni de circa patru centimetri, predominant albi, zvelți, cu zbor destul de lent. Până la sfârșitul secolului XX, trei specii de Leptidea erau cunoscute în Europa, însă acest număr a crescut la cinci în prima decadă a secolului XXI.
Surprizele au venit din partea albiliței fragile (Leptidea sinapis), specie cunoscută științei încă din 1758, în general comună și larg răspândită în Europa, inclusiv în România. Nimeni nu s-ar fi gândit că această specie aparent banală ascunde o a doua specie, al cărei aspect este practic identic.
Cum și-au dat în cele din urmă seama cercetătorii că sunt două specii?
Cercetătorii au examinat morfologia internă a fluturilor, mai precis elemente structurale ale așa-numitei armături genitale. La insecte, această structură prezintă diverse formațiuni mai mult sau mai puțin rigide implicate în procesul de împerechere.
Elementele structurale ale armăturii genitale sunt deseori folosite de specialiști pentru a identifica specii a căror morfologie externă este foarte asemănătoare. Așadar, în cazul lui L. sinapis, diferențe ale armăturii genitale au permis detectarea unei noi specii criptice, care a fost denumită Leptidea reali și a cărei existență a fost clar documentată în // Detalii, aici: hrcak.srce.hr //
Descoperirea a contat în cercetarea fluturilor de zi europeni și a insectelor în general – a arătat că specii criptice pot exista chiar și în zone bine cercetate, în grupuri de viețuitoare despre care se credea că sunt deja bine cunoscute.
Masculi (sus) de Leptidea sinapis, Leptidea reali și Leptidea juvernica având morfologie externă extrem de asemănătoare. Armătura genitală (jos) permite doar identificarea lui L. sinapis, tripletul putând fi separat pe baza datelor ADN. O situație identică apare și în cazul femelelor. Foto: Vlad Dincă
O singură specie sau trei?
Însă povestea nu se termină aici. În 2011, cu ajutorul // „Unexpected layers of cryptic diversity in wood white Leptidea butterflies”, doi.org // s-a observat că specia L. reali, descoperită cu doar două decenii în urmă și intens studiată de atunci (peste 150 de lucrări științifice publicate), cel mai probabil ascunde încă o specie criptică.
A fost una dintre cele mai neașteptate descoperiri pentru fluturii de zi europeni, iar noua specie a fost denumită Leptidea juvernica. De data aceasta, atât morfologia externă, cât și cea a armăturii genitale sunt practic identice, iar datele ADN reprezintă unica modalitate sigură de a separa L. reali de L. juvernica.
Așadar, „banala” L. sinapis reprezintă de fapt, cel puțin în Europa, un triplet de specii criptice: L. sinapis, L. reali și L. juvernica. Toate trei au morfologie externă identică, doar una dintre ele se poate identifica pe baza armăturii genitale, însă toate se pot separa utilizând date ADN.
Prezente și în România
Un studiu publicat în anul // „Reproductive isolation and patterns of genetic differentiation in a cryptic butterfly species complex”, doi.org // a confirmat existența celor trei specii prin experimente de împerechere în laborator.
Ritualul de curtare al acestor fluturi este curios: masculul se poziționează în fața femelei, după care își extinde spiritrompa (utilizată în mod normal pentru hrănire cu nectar sau alte lichide) pe care o balansează stânga-dreapta în fața femelei până are loc împerecherea sau până când femela respinge // „Versatility of multivalent orientation, inverted meiosis, and rescued fitness in holocentric chromosomal hybrids”, pnas.org //
Masculii celor trei specii analizate nu diferențiază femelele și le curtează indiferent de specie, în timp ce femelele acceptă împerecherea doar cu parteneri din propria specie – un exemplu clar de izolare reproductivă controlată de femelă, probabil bazată pe semnale chimice, deși mecanismul exact nu este încă cunoscut.
Două dintre aceste specii, L. sinapis și L. juvernica, sunt prezente și în fauna României și uneori pot fi întâlnite zburând în același habitat. Nici cei mai experimentați specialiști nu le pot însă identifica cu precizie fără a examina armătura genitală sau date ADN.
Mai mult, cercetările recente asupra fluturilor Leptidea, stimulate de prezența speciilor criptice, au dus la descoperiri interesante despre numărul și structura cromozomilor și au transformat acest grup într-un model important pentru studiul evoluției.
Albăstrelul comun Polyommatus icarus (sus) și Polyommatus celina (jos) se pot identifica cu precizie doar pe baza datelor ADN. Morfologia externă a celor două sexe, precum și armătura genitală, nu oferă caractere sigure pentru determinare. În cazul ambelor specii, cele două sexe au aspect foarte diferit (masculi albaștri, femele brune), fenomen numit dimorfism sexual. Foto: Vlad Dincă
De-a v-ați ascunselea
Leptidea nu reprezintă singurul exemplu de specii criptice descoperite printre fluturii de zi europeni. În ultimii 15 ani, în paralel cu acumularea rapidă de date genetice, au fost detectate cazuri care implică specii larg răspândite (ex. albăstrelul comun Polyommatus icarus și Polyommatus celina; Aricia artaxerxes și Aricia montensis), specii carismatice de dimensiuni relativ mari (ex. fluturele sabie, cunoscut și drept coada rândunicii, Iphiclides podalirius și Iphiclides feisthamelii) și chiar specii care se bucură de statut de protecție la nivel european (fluturele mărului lupului, Zerynthia polyxena și Zerynthia cassandra).
Faptul că un număr relativ ridicat de specii criptice a fost și este încă descoperit într-un grup precum fluturii de zi europeni, considerați deseori drept cele mai bine studiate insecte din lume, te face să te întrebi câtă biodiversitate rămâne încă ascunsă în grupuri de organisme mult mai puțin cercetate.
Pe lângă descoperirea unui nou nivel al biodiversității, studiul fiecărei specii criptice ajută la o mai bună cunoaștere a lumii înconjurătoare și predă lecții noi despre diversitatea vieții și mecanismele sau legile care o guvernează, cu implicații complexe care au în cele din urmă efect asupra bunăstării tuturor.
Zerynthia polyxena, specie protejată la nivel european (stânga) și Zerynthia cassandra (dreapta). Foto: Vlad Dincă
Iphiclides podalirius (stânga) și Iphiclides feisthamelii (dreapta). Foto: Vlad Dincă
Rubrica Jurnal de naturalist este o colaborare între Muzeul Național de Istorie Naturală „Grigore Antipa” și Mindcraft Stories și conține texte realizate de cercetătorii muzeului, care-și propun să ofere cititorilor articole despre biodiversitatea din România.
