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Anche se è comune per i pesci maschi svolgere il ruolo di genitore dominante, la gravidanza maschile è un processo complesso unico per la famiglia dei pesci Syngnathidae, che comprende pesci ago, cavallucci marini e draghi di mare. Il ricercatore di biologia evolutiva della Texas A&M University Adam Jones e i colleghi del suo laboratorio stanno studiando gli effetti della gravidanza maschile sui ruoli sessuali e sulla selezione sessuale dei compagni e stanno cercando di capire come si sono evolute le nuove strutture corporee necessarie per la gravidanza maschile. Facendo questo, i ricercatori sperano di ottenere una migliore comprensione dei meccanismi evolutivi responsabili dei cambiamenti nella struttura degli organismi nel corso del tempo.

“Stiamo usando i cavallucci marini e i loro parenti per affrontare una delle aree di ricerca più eccitanti della moderna biologia evolutiva: l’origine dei tratti complessi”, ha detto Jones. “Il sacchetto di covata sui cavallucci marini maschi e sui pesci ago dove le femmine depositano le uova durante l’accoppiamento è un nuovo tratto che ha avuto un enorme impatto sulla biologia delle specie perché la capacità dei maschi di rimanere incinta ha cambiato completamente le dinamiche di accoppiamento.”

Quando i cavallucci marini si accoppiano, la femmina inserisce il suo ovipositore nel sacchetto di covata del maschio (una struttura esterna che cresce sul corpo del maschio) e deposita le sue uova non fecondate nel sacchetto. Il maschio poi rilascia lo sperma nel sacchetto per fecondare le uova. “Non sarebbe così interessante se il sacchetto di covata fosse solo un lembo di pelle dove le femmine mettono le uova di pesce regolari e si sviluppano nel sacchetto invece che sul fondo del mare”, ha detto Jones. “Ma la gravidanza maschile in alcune specie di cavallucci marini e pesci ago è fisiologicamente molto più complessa di così.”

Dopo che la femmina deposita le sue uova non fecondate nel maschio, il guscio esterno delle uova si rompe e il tessuto del maschio cresce intorno alle uova nel sacchetto. Dopo aver fecondato le uova, il maschio controlla da vicino l’ambiente prenatale degli embrioni nella sua tasca. Il maschio mantiene il sangue che scorre intorno agli embrioni, controlla le concentrazioni di sale nel marsupio e fornisce ossigeno e nutrimento alla prole in via di sviluppo attraverso una struttura simile alla placenta fino al parto.

La gravidanza maschile ha implicazioni interessanti per i ruoli sessuali nell’accoppiamento, ha spiegato Jones, perché nella maggior parte delle specie, i maschi competono per l’accesso alle femmine, quindi di solito si vede l’evoluzione dei tratti sessuali secondari nei maschi (per esempio, la coda del pavone o le corna nei cervi). Ma in alcune specie di pesci ago, i ruoli sessuali sono invertiti perché i maschi diventano incinte e lo spazio per la covata è limitato. Così le femmine competono per l’accesso ai maschi disponibili, e quindi i tratti sessuali secondari (come l’ornamentazione dai colori vivaci) si evolvono nei pesci ago femmina invece che nei maschi.

“Dal punto di vista della ricerca, è interessante perché non ci sono molte specie in cui c’è un’inversione del ruolo sessuale”, ha detto Jones. “Fornisce un’opportunità unica per studiare la selezione sessuale in questo contesto invertito.”

Per studiare il comportamento di accoppiamento di cavallucci marini e pesci ago, il laboratorio di Jones utilizza marcatori molecolari per l’analisi forense della maternità per capire la madre della prole di un maschio. Il laboratorio ha scoperto che i pesci ago del golfo si accoppiano secondo il sistema della “poliandria classica”, dove ogni maschio riceve uova da una sola femmina per gravidanza, ma le femmine possono accoppiarsi con più maschi. Poiché le femmine attraenti possono accoppiarsi più volte, questo sistema si traduce in una concorrenza molto forte nella selezione sessuale, e le femmine dei pesci ago del golfo hanno evoluto forti tratti sessuali secondari, ha detto Jones.

I cavallucci marini, tuttavia, sono monogami all’interno di una stagione riproduttiva, e ogni cavalluccio marino si accoppia solo con un altro cavalluccio marino. In questo sistema, se ci sono rapporti sessuali uguali, non c’è molta competizione tra le femmine perché ci sono abbastanza compagni per tutti, ha spiegato Jones. Così i cavallucci marini non hanno evoluto i forti tratti sessuali secondari che hanno i pesci ago.

La gravidanza maschile provoca anche un’inversione nei comportamenti legati al sesso, ha detto Jones. “Le femmine mostrano un comportamento competitivo che è normalmente un attributo di tipo maschile, e i maschi finiscono per essere esigenti, che è normalmente un attributo più femminile”, ha detto. Il suo laboratorio studia i passi evolutivi che portano a questa inversione di comportamento e il ruolo che gli ormoni giocano nel cambiamento.

Il laboratorio di Jones studia anche come il sacchetto della covata si è evoluto nei cavallucci marini e nei pesci ago. “Una grande domanda in biologia evolutiva è come una nuova struttura ottiene tutti i geni e le parti necessarie per funzionare”, ha detto Jones. “Quindi stiamo cercando di capire come il marsupio e i geni necessari per la gravidanza maschile siano sorti nel corso del tempo evolutivo.”

Una delle cose interessanti del marsupio è che sembra essersi evoluto indipendentemente più volte. Ci sono due principali lignaggi di cavallucci marini e pesci ago – con il tronco e con la coda – e la struttura del marsupio si è evoluta indipendentemente in ciascuno di questi gruppi, ha detto Jones.

Un’altra area che il laboratorio di Jones sta studiando sono i passi evolutivi che hanno portato alla forma complessiva unica dei cavallucci marini. “Come si passa dall’essere un normale vecchio pesce all’essere qualcosa di veramente insolito come un cavalluccio marino? ha detto Jones. “Ci sono molti passi evolutivi coinvolti in questo.”

Jones ha spiegato che il primo passo nel processo evolutivo è stato l’allungamento del corpo del pesce, che il laboratorio sta attualmente studiando. Il passo successivo è stata l’aggiunta di altre caratteristiche strutturali uniche che i cavallucci marini possiedono, come la piegatura del pesce nella sua forma unica. La testa di un cavalluccio marino è insolita perché, a differenza della maggior parte dei pesci, la testa del cavalluccio marino ha un angolo di 90 gradi rispetto al corpo, ha spiegato Jones. I cavallucci marini hanno anche una coda prensile, il che significa che, a differenza della maggior parte dei pesci, possono usare la loro coda per afferrare le cose.

“Questi sono tutti cambiamenti interessanti, e siamo interessati a studiare come questi nuovi tratti sono sorti e i passi evolutivi che li hanno portati a loro”, ha detto Jones. “In definitiva, speriamo di ottenere intuizioni più profonde su alcuni dei meccanismi evolutivi responsabili degli incredibili cambiamenti nella struttura degli organismi che si sono verificati durante la storia della vita sulla Terra.”