La maggior parte degli insetti subisce un qualche tipo di processo di trasformazione durante il suo ciclo vitale per raggiungere l’età adulta -conosciuta anche come fase imago- (per esempio le farfalle). Questo processo è chiamato metamorfosi, anche se la sua essenza è lontana da quella della metamorfosi eseguita dagli anfibi. Ma non vi siete mai chiesti perché fanno questa trasformazione? Quali sono il senso e l’origine della metamorfosi degli insetti?

Scopri di più sui diversi tipi di metamorfosi, l’origine e il senso di queste trasformazioni attraverso questo articolo.

La metamorfosi è un processo biologico attraverso il quale gli animali si sviluppano dopo la nascita, coinvolgendo enormi trasformazioni e/o ristrutturazioni anatomiche (sia fisiologiche che anatomiche) fino a raggiungere l’età adulta.

Ci sono diversi gruppi di animali che si sviluppano attraverso questo processo, tuttavia la maggior parte di essi non condivide l’origine né la natura di queste trasformazioni. Così, mentre la metamorfosi degli anfibi avviene per riorganizzazione di organi giovanili preesistenti, negli insetti avviene una rottura di tessuti e anche la comparsa di gruppi di cellule totalmente nuovi.

Ecdisi o muta

Prima di tutto, dobbiamo parlare della muta per comprendere la metamorfosi degli insetti. Cosa significa la muta? E perché è un processo essenziale per gli insetti e gli artropodi in generale?

Ogni singolo animale rigenera in qualche modo i suoi tessuti esterni, cioè quei tessuti che sono in contatto con l’ambiente e che proteggono l’organismo dalle pressioni esterne. Per esempio, i mammiferi rigenerano periodicamente i loro tessuti epidermici; molti rettili si liberano frequentemente della loro pelle; ma che dire degli artropodi?

Gli artropodi, che comprendono gli esapodi (gruppo in cui si trovano tutti gli insetti), sono ricoperti esternamente da un esoscheletro più o meno duro. In contrasto con altri tessuti esterni degli animali, l’esoscheletro non si stacca progressivamente, e la sua mancanza di elasticità limita la crescita dell’organismo. Così, questo elemento diventa una barriera che limita le loro dimensioni durante la crescita, ed è per questo che devono romperlo e abbandonarlo per continuare a crescere. Questo tipo di muta è conosciuto come ecdisi, che è tipica degli ecdysozoa (artropodi e nematodi).

Guarda questo video di una cicala che fa la muta:

Tutti gli esapodi fanno la metamorfosi?

La risposta è NO. Tuttavia, è necessario approfondire la spiegazione.

Tutti gli esapodi fanno la muta per crescere, ma non tutti subiscono cambiamenti radicali per raggiungere l’età adulta (quando diventano capaci di riprodursi). Così, possiamo dividere gli esapodi in due gruppi principali:

Esapodi ametaboli (Nessuna metamorfosi)

Questo gruppo comprende quegli esapodi tradizionalmente conosciuti come Apterygota o esapodi senza ali (Esapodi non insetti -proturani, diplurani e colemboli- e insetti senza ali come Zygentoma o anche noti come Thysanura -es. pesci d’argento o Lepisma-) e Pterygota o insetti alati che hanno subito una perdita secondaria delle loro ali.

Siccome non hanno ali in nessun momento del loro ciclo vitale, le fasi giovanili di questo tipo di esapodi quasi non hanno differenze da quelle degli adulti. Così, lo sviluppo giovanile è semplice e non subiscono grandi cambiamenti per acquisire il fisico adulto; cioè, non c’è metamorfosi in nessun punto del loro ciclo vitale. Questo tipo di sviluppo è anche conosciuto come sviluppo diretto.

Gli esapodi ametabolici possono cambiare decine di volte durante il loro sviluppo (es.50 volte nei pesciolini d’argento, più o meno), anche quando diventano sessualmente maturi.

INSETTI CHE METAMORFANO

Questo gruppo include gli insetti Pterygota o insetti alati (eccetto quelli che hanno secondariamente perso le ali).

In contrasto con quelle che sono state spiegate sopra, le fasi giovanili degli insetti metamorfici sono molto diverse da quelle adulte; così, dopo varie mute successive subiscono il loro ultimo cambiamento, attraverso il quale emerge un adulto alato in grado di riprodursi. Dopo aver raggiunto questa fase, questi insetti diventano incapaci di fare di nuovo la muta.

Tipi di metamorfosi negli insetti

Quindi, solo gli insetti Pterygota subiscono una vera metamorfosi, grazie alla quale diventano insetti alati e raggiungono anche la maturità sessuale. Ma non tutti questi insetti effettuano lo stesso tipo di cambiamento.

Esistono due tipi principali di metamorfosi: quella emimetabola (semplice o incompleta) e quella olometabola (complessa o completa). Quali sono le loro differenze?

Metamorfosi emimetabola

Nella metamorfosi semplice, incompleta o emimetabola, i giovani insetti passano attraverso diverse muffe successive fino a raggiungere lo stadio adulto (o immaginale) senza passare per uno stadio di inattività (pupa) e/o smettere di nutrirsi.

Appena dopo la schiusa, ci si riferisce al neonato come una ninfa, che assomiglia un po’ a quelli adulti (ma non ha ancora ali né organi sessuali). Di solito, le fasi ninfali e quelle adulte non condividono le fonti di alimentazione né l’habitat, quindi occupano nicchie ecologiche diverse; infatti, la maggior parte delle ninfe hanno abitudini acquatiche e vanno a vivere sulla terraferma dopo aver raggiunto la maturità (ad esempio, le mosche).

In questo tipo di metamorfosi, le ninfe passano attraverso alcune muffe successive grazie alle quali si formano gradualmente le ali e il loro organismo diventa più grande. Infine, le ninfe compiono la loro ultima muta, dopo la quale emerge l’adulto: un organismo alato in grado di riprodursi.

Guarda questo schema che riassume questo processo:

Questi insetti sono anche chiamati Exopterygota (dal latino exo- = “fuori” + pteron = “ali”), perché in questi organismi le ali si formano progressivamente e visibilmente nella parte esterna del loro corpo.

Metamorfosi olometabola

In termini generali, è considerata la metamorfosi più radicale negli insetti e anche probabilmente la trasformazione più conosciuta da tutti noi. L’esempio più famoso è quello eseguito dai lepidotteri (farfalle e falene); ma ci sono anche altri insetti che sono olometaboli, come i coleotteri (coleotteri), imenotteri (api, vespe e formiche) e ditteri (mosche e zanzare).

Nella metamorfosi complessa, completa o olometabola, gli insetti nascono come larve, cioè uno stadio prematuro che non assomiglia anatomicamente né fisiologicamente all’adulto. Inoltre, non condividono le fonti di alimentazione né l’habitat, come nel caso degli organismi emimetaboli. Come negli insetti emimetaboli, queste larve passano attraverso mute successive fino a raggiungere la dimensione sufficiente per subire la metamorfosi, quando eseguono la loro ultima muta.

Dopo il loro ultimo stadio larvale, le larve entrano in uno stadio di inattività, momento in cui smettono di nutrirsi e rimangono immobili. Questo stadio è conosciuto come stadio pupale (quando diventano una pupa o una crisalide nelle farfalle). Di solito, le larve cominciano ad assomigliare agli adulti alla fine di questo stadio a causa delle modifiche anatomiche che avvengono e anche alla comparsa di nuovi organi e tessuti.

Una volta che il processo di trasformazione finisce, gli organismi lasciano questo stato immobile e acquisiscono la loro forma adulta che ha le ali ed è completamente matura.

In sintesi, lo schema di questo processo potrebbe essere:

Al contrario degli insetti emimetabolici, la comparsa delle ali negli organismi olometabolici avviene all’interno del loro corpo e diventano visibili solo alla fine dello stadio pupale. Per questo motivo, sono anche conosciuti come Endopterygota (dal latino endo-= “dentro” + pteron=”ali”).

Origine e funzione della metamorfosi degli insetti

Origine: il record fossile

Gli insetti sono, come abbiamo discusso negli articoli precedenti, uno degli animali con maggior successo evolutivo. Tra il 40%-60% di tutte le specie di insetti sono olometaboli (metamorfosi completa), da ciò si deduce che la metamorfosi olometabola è stata selezionata positivamente durante l’evoluzione di questo gruppo. Infatti, le registrazioni fossili suggeriscono che questo tipo di metamorfosi è apparso solo una volta, quindi tutti gli insetti olometaboli derivano dallo stesso antenato.

Secondo questi dati, gli insetti senza ali o Apterygota antichi e i primi insetti alati erano ametaboli. Poi, tutti gli insetti alati hanno cominciato a sviluppare una sorta di metamorfosi emimetabola durante il Carbonifero e il Permiano (300 Ma). Infine, i primi insetti considerati olometaboli apparvero durante il periodo Permiano (280 Ma).

Quale potrebbe essere la ragione di questa selezione positiva?

Negli ultimi paragrafi, abbiamo parlato delle diverse fonti di alimentazione e dei diversi habitat dei giovani e degli adulti. Il fatto che diversi stadi di vita dello stesso animale sfruttino risorse diverse potrebbe impedire la competizione intra-specifica (cioè la competizione per le risorse tra organismi della stessa specie). Questo fatto significherebbe un grande vantaggio per questi organismi, così che lo sviluppo olometabolico, che si caratterizza per essere diviso in stadi molto diversi, potrebbe aver avuto più successo dell’emimetabolico o dell’ametabolico.

Quindi, possiamo dire che il principale senso funzionale della metamorfosi potrebbe essere quello di minimizzare la competizione intraespecifica per le risorse. Ma c’è ancora di più: più specializzati sono i diversi stadi di un insetto, maggiore sarebbe la possibilità di sfruttare di più e meglio le risorse. Ad esempio, nelle forme parassitarie, le differenze tra i diversi stadi tendono ad essere enormi, perché le difficili situazioni che devono affrontare richiedono una specializzazione specifica in ogni momento del ciclo vitale.

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Quindi, così come la comparsa delle ali ha promosso l’espansione e la diversificazione degli insetti in tutto il mondo, la metamorfosi potrebbe aver agito come un motore di diversificazione aumentando la capacità di sfruttare più e meglio le risorse.

• Note dalla materia “Zoologia avanzata” prese durante i miei studi di Biologia all’Universitat Autònoma de Barcelona (UAB).
• Bellés X. (2009). “Origine ed evoluzione della metamorfosi degli insetti”. Instituto de Biología Evolutiva (CSIC-UPF), Barcelona.
• Jordán Montés F. (2013). “El universo de los insectos”. Mundi-Prensa Libros, Madrid.
• Los Insectos. Reproducción y Metamorfosis (asturnatura.com).

Immagine principale di Steve Greer Photography.