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Cicli biologici di lunga durata
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Autore:  hpl [ 21/10/2010, 13:12 ]
Oggetto del messaggio:  Cicli biologici di lunga durata

Curiosando nel libro di matematica del figlio della mia compagna (che nostalgia le superiori...), ho trovato un trafiletto di approfondimento su M.C.D. e m.c.m., nel quale veniva speigato come in natura ci siano casi di applicazione di coppie di numeri primi tra loro. L'esempio riportato è quello di due cicale Magicicada septendecim e Magicicada tredecim, con cicli vitali rispettivamente di 17 e 13 anni. In parole povere veniva evidenziato il fatto, grazie a questi periodi, le probabilità per le due specie di incontrarsi ed entrare in competizione è di 1 ogni 221 anni.

Escludendo il fatto che i due insetti si siano messi d'accordo a priori :lol1: , potrebbe trattarsi di selezione naturale? Nel senso che riescono a sopravvivere solo gli esemplari che portano nel proprio DNA la durata del ciclo di 13 o 17 anni, mentre in epoca passata gli esemplari delle due specie con cicli sincroni, incrociandosi, davano alla luce esemplari deboli o perfino sterili?

Magari ho detto castronerie... :no1:

ciao

Autore:  Glaphyrus [ 21/10/2010, 14:31 ]
Oggetto del messaggio:  Re: Ciclio biologici di lunga durata

Non so rispondere alla tua domanda, tuttavia per ragionare in merito biosgnerebbe sapere se le due specie hanno areale, ecologia e morfologia sufficientemente simili da permettere di prendere in considerazione il rischio di incrocio.

Comunque, nei gruppi animali che usano richiami sonori come tecnica di corteggiamento/richiamo sessuale, spesso sono le caratteristiche di questi ultimi a fare da barriera riproduttiva. A volte capita anche che due specie con richiami molto simili sviluppino "dialetti" più diversificati nelle aree di simpatria, in modo da ridurre il rischio di incrocio.

Una delle interpretazioni dell'utilità di un ciclo molto lungo e basato su numeri primi, come quello delle Magicicada è quello di rendere la vita difficile ai parassiti, parassitoidi e predatori specializzati: le esplosione demografiche "irregolari" delle prede non sono utili per mantenere una popolazione comparativamente consistente dei predatori.

La stessa teoria spiegherebbe l'utilità evolutiva delle annate di pasciona delle piante forestali (es: faggi): la produzione anomala di frutti "sovrassatura" la richiesta dei frugivori, che diversamente potrebbero consumarne la quasi totalità.

Autore:  elleelle [ 21/10/2010, 15:36 ]
Oggetto del messaggio:  Re: Ciclio biologici di lunga durata

Certo, la coincidenza è sorprendente e la domanda è sfiziosa, ma credo che la spiegazione, se esiste, sia veramente difficile.
Intanto, ci sono altre cicale con cicli più brevi che non sembra soffrano per questo.
Il discorso di affamare i predatori mi sembra poco verosimile, perché, nel caso delle cicale, sono tutti predatori generalisti che possono mangiare altri insetti. Potrebbe essere valido, se mai, per una specie parassita, ma non credo (a quel che ne so io) che esistano parassiti specifici delle cicale.
Bisognerebbe fare un elenco di tutte le specie di cicale e durata del relativo ciclo vitale e allora, forse, si potrebbe capire se nell'insieme ci sono "punti di accumulazione" oppure se le durate sono distribuite uniformemente (sempre per citare le reminiscenze matematiche :D )
:hi: luigi

Autore:  Julodis [ 21/10/2010, 18:57 ]
Oggetto del messaggio:  Re: Cicli biologici di lunga durata

Per quanto ne so, questi lunghi cicli vitali pari ad un numero primo di anni sono proprio un adattamento per sfuggire ai parassiti specifici (e potrebbero anche ridurre la pressione predatoria). Mi pare che se ne sia già parlato altrove.

E' vero che ci sono altre specie di cicale con durata minore della vita allo stato di neanide/ninfa, ma non mi sembra così strano. Così ad intuito direi che in una popolazione non sottoposta ad una eccessiva pressione selettiva esercitata da parassiti e/o predatori sia molto più vantaggioso un ciclo vitale breve: riduce la mortalità delle larve e permette una crescita più rapida della popolazione. Per spingere la popolazione ad allungare il ciclo vitale l'unica cosa plausibile è una forte mortalità degli adulti (o delle ninfe quando escono dal terreno per impuparsi) causata da parassiti o predatori, tale da rendere vantaggioso l'allungamento del periodo "larvale", anche considerando i problemi suddetti. Quindi, sarebbe normale trovare specie a breve periodo (quelle che non hanno dovuto subire una forte predazione) ed altre a lungo periodo (quelle che l'hanno subita).

Si potrebbe obiettare: "dove sono questi parassiti specifici?"
Non so se esistano o meno, ma il fatto non è determinante.
Infatti ci sarebbero due possibili spiegazioni alla loro eventuale mancanza:
1 - esistevano, ma l'allungamento del ciclo delle cicale e la loro durata pari ad un numero primo gli ha impedito di sincronizzare il loro ciclo con quello dell'ospite e si sono estinti
2 - il ciclo vitale delle cicale si è modificato per evitare predatori non specifici. Un vantaggio c'è anche in questo caso, perchè negli anni in cui non sfarfallano le cicale i predatori (non necessariamente insetti, ma anche vertebrati, che potrebbero anche approfittare di più cicli vitali delle cicale) devono arrangiarsi con le altre prede, quindi con minore quantità di cibo, e le loro popolazioni restano limitate. Quando è l'anno delle cicale i pochi predatori non sono sufficienti a produrre una consistente diminuzione della loro popolazione, e prima di poter aumentare di numero (riproducendosi o arrivando da altre zone) la maggior parte delle cicale si è già riprodotta ed ha concluso il ciclo. Negli anni successivi i predatori dovranno di nuovo diminuire di numero e via così. L'unico modo che avrebbero per adattarsi sarebbe di far coincidere la durata di una loro generazione con quella delle cicale.

Autore:  Glaphyrus [ 22/10/2010, 0:09 ]
Oggetto del messaggio:  Re: Cicli biologici di lunga durata

Esatto Maurizio :ok:
Il ragionamento che coinvolge i predatori aspecifici è lo stesso che si applica per interpretare il successo evolutivo della fruttificazione irregolare di certe specie forestali.

Circa i parassit(oid)i specifici delle cicale, potrei scommettere senza grossi rischi che ne esistano: le sterminate famiglie di ditteri e imenotteri (la maggior parte dei Terebrantia) parassitoidi non risparmiano nessuno. Senza contare Nematodi, Gregarine e altri protozoi, acari, eccetera...
D'altra parte bisogna anche capire cosa intendiamo per specifici: una specie che parassita solo Magicicada septemdecim magari non esiste, ma esisteranno certo parassiti specializzati dei Cicadidae o di due o tre dei loro generi.

Autore:  Livio [ 22/10/2010, 8:12 ]
Oggetto del messaggio:  Re: Cicli biologici di lunga durata

Julodis ha scritto:
1 - esistevano, ma l'allungamento del ciclo delle cicale e la loro durata pari ad un numero primo gli ha impedito di sincronizzare il loro ciclo con quello dell'ospite e si sono estinti

Senza arrivare ad una soluzione così sconveniente e tragica, potrebbero essersi spostati su altro ospite: il tempo per il riconoscimento/adattamento presumo che ci sia stato.

Autore:  hpl [ 22/10/2010, 19:31 ]
Oggetto del messaggio:  Re: Cicli biologici di lunga durata

pensandoci bene e leggendo le vostre risposte, credo che la teoria riportata sul testo di matematica sui numeri primi sia piuttosto debole per tre motivi:

  1. tutte le teorie su incroci, ibridi ecc, bisognerebbe riferirle su cifre relative, come il n. di generazioni, e non sul numero di anni. In questo caso abbiamo 13 generazioni per M. septendecim e 17 generazioni per M. tredecim, nell'arco dei famosi 221 anni.
  2. tenendo buona questa teoria, perchè proprio 13 e 17? Se una specie arriva ad avere cicli di 17 anni, perchè quell'altra non ne ha di 16, così da allungare il n. di generazioni necessarie per avere sfarfallamenti nello stesso anno (in termini di anni andiamo a 272)
  3. secondo me se lo scopo di madre natura fosse stato quello di evitare incroci fra le due specie, piuttosto di questo macchinoso meccanismo sarebbe bastato far sfarfallare gli adulti in due periodi diversi (che ne so, una specie in giugno ed una specie in agosto)

premesso ciò è ovvio che la spiegazione va ricercata altrove, e la teoria sui parassiti/predatori sembra la più plausibile e credo che non ci sia risposta sul perchè proprio 13 e 17 (stasera li gioco al lotto....non so che ruota però, anche se M. tredicem e M. septendecim indicherebbero TS e, per vicinanza, Venezia)

Autore:  Julodis [ 22/10/2010, 20:32 ]
Oggetto del messaggio:  Re: Cicli biologici di lunga durata

hpl ha scritto:
pensandoci bene e leggendo le vostre risposte, credo che la teoria riportata sul testo di matematica sui numeri primi sia piuttosto debole per tre motivi:

  1. tutte le teorie su incroci, ibridi ecc, bisognerebbe riferirle su cifre relative, come il n. di generazioni, e non sul numero di anni. In questo caso abbiamo 13 generazioni per M. septendecim e 17 generazioni per M. tredecim, nell'arco dei famosi 221 anni.
  2. tenendo buona questa teoria, perchè proprio 13 e 17? Se una specie arriva ad avere cicli di 17 anni, perchè quell'altra non ne ha di 16, così da allungare il n. di generazioni necessarie per avere sfarfallamenti nello stesso anno (in termini di anni andiamo a 272)
  3. secondo me se lo scopo di madre natura fosse stato quello di evitare incroci fra le due specie, piuttosto di questo macchinoso meccanismo sarebbe bastato far sfarfallare gli adulti in due periodi diversi (che ne so, una specie in giugno ed una specie in agosto)

premesso ciò è ovvio che la spiegazione va ricercata altrove, e la teoria sui parassiti/predatori sembra la più plausibile e credo che non ci sia risposta sul perchè proprio 13 e 17 (stasera li gioco al lotto....non so che ruota però, anche se M. tredicem e M. septendecim indicherebbero TS e, per vicinanza, Venezia)

Infatti la teoria che questi lunghi cicli servano a evitare gli incroci non regge assolutamente, anche perchè basta fare un semplice calcolo: quanti esemplari di ogni specie, in percentuale, possono sbagliarsi? Ammettiamo il caso peggiore, ovvero con individui così idioti da non riuscire assolutamente a distinguere la propria specie da un'altra convivente, e che le due popolazioni siano di pari consistenza numerica. Essendo un accoppiamento causale, logicamente i maschi di ogni specie si accoppieranno nel 50% delle volte con le loro femmine, e nell'altro 50% con quelle dell'altra specie. Di conseguenza la natalità di individui puri di ogni specie si ridurrà della metà rispetto ad una situazione in cui ciascuna specie sia in grado di riconoscersi perfettamente, o comunque di non incrociarsi mai con l'altra. Conclusione, nel peggiore dei casi c'è un dimezzamento della natalità. Per evitare questa ipotetica riduzione (che però sarebbe solo teorica, perchè anche la specie più stupida è in grado di riconoscere il giusto partner conspecifico, anche se può commettere errori) le due specie, per effetto della selezione naturale allungherebbero i loro cicli vitali fino a 13 e 17 anni, ottenendo cosa? Di ridurre enormemente la capacità riproduttiva! Facciamo un esempio pratico semplificato:
Caso 1: specie a breve ciclo (4 anni)
partiamo da una coppia, in cui la femmina depone 20 uova (per semplicità diremo che tutte le uova schiudono e completano il ciclo fino a riprodursi).
Visto che nel 50% dei casi si accoppierà con un maschio sbagliato, in media genererà solo 10 individui puri della sua specie (gli altri non nasceranno o saranno ibridi sterili, ecc.), per cui avremo:
anno 0 = 2 individui
anno 4 = 10 individui (supponiamo sempre 50% maschi e 50% femmine)
anno 8 = 50 individui
anno 12 = 250 individui
anno 16 = 1250 individui

Caso 2: specie a lungo ciclo (17 anni)
partiamo sempre da una coppia, in cui la femmina depone 20 uova (come sopra). Qui non c'è possibilità di errore, se non ogni 221 anni, quindi dicamo che ogni femmina genera 20 individui conspecifici puri, con questo risultato:
anno 0 = 2 individui
anno 17 = 20 individui

In pratica, nel primo caso, con ciclo breve, in 4 generazioni, ovvero 16 anni, il numero aumenta di 625 volte, mentre col ciclo lungo, dopo una generazione, ovvero 17 anni (uno in più dell'altra specie), il numero aumenta di 10 volte. Spiegatemi un po' quei matematici dove hanno visto il vantaggio per quelle a ciclo lungo!

Parassitismo e predazione possono invece arrivare a decimare una popolazione, e questa potrebbe essere una pressione selettiva più che sufficiente ad allungare il ciclo vitale, ancor più vantaggioso se costituito da un numero primo di anni, perchè rende più problematico l'adattamento dei predatori/parassiti (ovviamente funziona solo se i predatori/parassiti lo sono solo per lo stadio aduto o per le crisalidi).

Livio ha scritto:
Senza arrivare ad una soluzione così sconveniente e tragica, potrebbero essersi spostati su altro ospite: il tempo per il riconoscimento/adattamento presumo che ci sia stato.

Anche questa è una possibilità non remota. Comunque sono noti casi di prede sopravvissute ai loro predatori e che presentano adattamenti inspiegabili se non siamo al corrente della precedente esistenza di questi predatori scomparsi. Faccio solo un esempio: l'antilocapra del Nord America è il mammifero erbivoro più veloce al mondo, anche più delle varie antilopi africane, ma i suoi unici predatori attuali sono puma, lupi e orsi, tutti molto più lenti di lei. A che serve avere una velocità quasi doppia del predatore ed una resistenza impressionante? Basta essere veloci come il predatore e poco più resistenti per non essere mai raggiunti (il predatore parte comunque da una certa distanza che deve essere colmata). Poi scopriamo che fino ad alcune migliaia di anni fa in Nord America c'erano i ghepardi [almeno questo è ciò che ho letto], che sono solo il 10% più veloci delle antilocapre, e che quindi potevano acchiapparle, ma con difficoltà (essendo molto meno resistenti, dovevano raggiungerle in pochi secondi o rinunciare)

Autore:  Sleepy Moose [ 23/10/2010, 23:28 ]
Oggetto del messaggio:  Re: Cicli biologici di lunga durata

Scusate se mi intrometto in questa interessante discussione, ma leggendola mi è sorto un dubbio:
nelle specie con cicli vitali lunghi come quelle indicate, ad es. quella di 17 anni, è vero che se una coppia (nata da deposizione avvenuta nel 1993) depone nel 2010, gli adulti sfarfalleranno nel 2027, se non interverranno problemi agli stadi preimmaginali, dopo di che vi saranno altre deposizioni e ulteriori sfarfallamenti dopo altri 17 anni, e così via.
Ma siamo sicuri che, come nell’esempio appena riportato, gli sfarfallamenti siano avvenuti tutti nel 2010?
Mi spiego meglio: è proprio sicuro che la presenza di adulti sia tutta “sincronizzata” e che quindi per 16 anni non ci sia in giro nessun (ma proprio nessuno) adulto di quella data specie?
Non potrebbe essere che, ad esempio, possa verificarsi uno sfarfallamento ogni anno (ovviamente in quantità più ridotte) con conseguenti ovodeposizioni annuali e sfarfallamenti anch’essi annuali, rispettando però la lunghezza del ciclo vitale di 17 anni?
In quest’ultimo caso so che non avrebbe senso avere un ciclo così lungo (almeno credo) però mi sembra strano che si possa avere per 16 anni una assoluta assenza di quella specie per vederla poi esplodere in un solo anno, poi altri 16 anni di vuoto totale e così via.
Ovviamente potrei avere scritto qualcosa che farà magari inorridire qualcuno (o molti) di voi, però nella mia ignoranza in materia mi è venuto questo dubbio.

Carlo

Autore:  Julodis [ 24/10/2010, 0:51 ]
Oggetto del messaggio:  Re: Cicli biologici di lunga durata

Sleepy Moose ha scritto:
In quest’ultimo caso so che non avrebbe senso avere un ciclo così lungo (almeno credo) però mi sembra strano che si possa avere per 16 anni una assoluta assenza di quella specie per vederla poi esplodere in un solo anno, poi altri 16 anni di vuoto totale e così via.

Eppure è proprio quel che accade! Almeno in base a quel che ho letto a suo tempo, perchè purtroppo non sono mai stato in Nord America e non ho esperienze personali in proposito. Immagino che i pochi individui che ogni tanto capiterà pure che sbaglino durata, sfarfallando in anticipo o in ritardo rispetto ai 17 anni (o ai 13 nel caso dell'altra specie), abbiano seri problemi a trovare un partner e non riescano neppure a riprodursi.
In caso contrario dopo un certo numero di generazioni avremmo ogni anno una popolazione di adulti presente, anche se alcuni anni più abbondante, altri meno, come succede da noi con molte specie, ad esempio con le Melolontha, e cesserebbe l'utilità di un così lungo ciclo vitale.

Autore:  hpl [ 24/10/2010, 14:47 ]
Oggetto del messaggio:  Re: Cicli biologici di lunga durata

avevo letto casi eccezionali di specie xylofaghe sfarfallate dopo anni, ma a parte questi casi particolari ed isolati, esistono altre specie con ciclio biologici pluriennali?

Autore:  Julodis [ 24/10/2010, 19:05 ]
Oggetto del messaggio:  Re: Cicli biologici di lunga durata

Parlando di Coleotteri, perchè degli altri insetti non ne so molto, i cicli pluriennali (ovvero da due anni in su) sono comuni tra le specie le cui larve si nutrono di sostanze poco nutrienti e vivono in ambienti protetti, quindi in pratica con larve che vivono nel legno o nel terreno. Mentre la maggior parte delle altre specie hanno un ciclo (almeno la fase larvale) più rapido per possibilità (alimentazione più nutriente che permette una crescita più rapida) o per necessità (substrato che deperisce e diventa inadatto in breve tempo, come negli stercorari, necrofagi, micetofagi, ecc.).
Inoltre la velocità di crescita è influenzata dall'umidità del substrato e dalla temperatura. In pratica le maggiori durate di vita vanno ricercate tra gli xilofagi che si nutrono di legno morto, secco, in ambienti aridi e/o con lungo periodo freddo. Non a caso la massima durata è stata registrata per Buprestidi del gen. Buprestis, sottogenere Cypriacis (quello dello splendens, per intenderci), con oltre 20 anni. Ovviamente questa durata è stata osservata in allevamento, in cui le condizioni non ottimali possono allungare la durata del periodo larvale anche di molto (a me sono sfarfallate Acmaeodera, molto più piccole delle Buprestis, dopo oltre 10 anni).
Sarei anche pronto a scommettere che altre specie di insetti longeve sono alcune di quelle di grotta, per gli stessi motivi (poco cibo, ambiente protetto e temperature basse).

Autore:  Glaphyrus [ 25/10/2010, 11:57 ]
Oggetto del messaggio:  Re: Cicli biologici di lunga durata

Sleepy Moose ha scritto:
Mi spiego meglio: è proprio sicuro che la presenza di adulti sia tutta “sincronizzata” e che quindi per 16 anni non ci sia in giro nessun (ma proprio nessuno) adulto di quella data specie?
Carlo


Mi associo a Maurizio: la stragrande maggioranza degli adulti emerge in modo sincrono, così come nelle nostre Melolontha. Tuttavia è "fisiologico" che una piccola frazione di larve o ninfe "sbagli il conto" e sfarfalli con un anno di anticipo o (più facilmente) di ritardo.
Questi "erorri" permettono lo scambio di geni fra le coorti di una stessa popolazione, ossia le sottopopolazioni di individui che convivono nello stesso luogo ma sarebbero riproduttivamente isolate a causa dello sfasamento dei cicli vitali.

Circa i cicli vitali di lunga durata, mi pare di ricordare che anche le forme giganti di Lucanus cervus sfiorino la decina di anni (c'è qualche dato sul volume della fauna d'Italia di Franciscolo).
D'altra parte credo che molto dipenda dal clima e da quanto è nutriente lì'alimento: gli allevatori giapponesi ottengono degli esemplari belli grossi in molto meno.
Io, per esempio, ho constatato che nel clima non certo tropicale del Veneto Oryctes nasicornis (che si legge avere un ciclo pluriennale) ha in realtà ciclo annuale.

Autore:  Sleepy Moose [ 25/10/2010, 18:23 ]
Oggetto del messaggio:  Re: Cicli biologici di lunga durata

Grazie a tutti delle delucidazioni.

Carlo

Autore:  hpl [ 25/10/2010, 19:11 ]
Oggetto del messaggio:  Re: Cicli biologici di lunga durata

grazie per le precisazioni. In pratica, stando agli esempi riportati sui coleotteri, il ciclo biologico in sè è influenzato da fattori ambientali e/o nutrizionali, non è quindi "programmato" come per le cicale ma è variabile, pur essendo molto lungo (per la forma maggiore del cervo volante si può parlare di cicli variabili dai 6 ai 10 anni se non erro). Ho letto, correggetemi se dico castronerie, che anche la cicala vive sottoforma di larva durante i suoi 17 (o 13) anni: quindi la durata del ciclo potrebbe dipendere da un fattore ambientale? Bisognerebbe provare ad allevarle, ma ce ne vuole di pazienza.....

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