Biologia evoluzionistica | Non solo geni, l'ambiente orienta la nostra capacità cognitiva. Lo studio Unife sul pesce guppy
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Più portati per la matematica, più inclini a praticare certi sport: quante volte abbiamo pensato che le nostre attitudini dipendano dalla genetica? In effetti, la correlazione tra alcuni geni e determinate caratteristiche cognitive è stata fino a oggi ben dimostrata, ma un recente studio dell’Università di Ferrara aggiunge un nuovo tassello a ciò che sappiamo sulle abilità cognitive dei vertebrati.
Nel recente articolo pubblicato sulla rivista Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, le ricercatrici e i ricercatori del laboratorio di Behavioural Biology, del Dipartimento di Scienze della Vita e Biotecnologie di Unife, hanno dimostrato in un modello di pesci come a essere determinanti nei processi di apprendimento siano anche l’esperienza e la plasticità fenotipica, cioè la capacità degli individui con la medesima componente genetica di sviluppare un fenotipo differente (il fenotipo è l’insieme delle caratteristiche misurabili di un individuo).
“Le specie animali, inclusi gli esseri umani, mostrano un’ampia variabilità individuale nella cognizione che ad oggi è difficili da spiegare. Ad esempio, alcuni individui si comportano bene in alcuni compiti cognitivi ma mostrano difficoltà in altri. Il nostro studio dimostra quanto sia importante considerare la relazione tra esperienza, geni, e comportamento per comprendere le differenze individuali” chiosa il Professor Cristiano Bertolucci, ordinario di Zoologia a Unife e coordinatore dello studio.
Pesci guppy, un modello sorprendente per lo studio delle abilità cognitive
Nello studio le ricercatrici e i ricercatori Unife esaminano il comportamento di piccoli pesciolini d’acqua dolce, i guppy, allevati in due diversi ambienti: uno con elevata prevedibilità delle risorse, con cibo disponibile nello stesso momento e nello stesso luogo, e uno con bassa prevedibilità di risorse, cioè con cibo disponibile in momenti e in luoghi casuali.
“Al termine del trattamento abbiamo misurato le capacità cognitive dei pesci con dei test specifici. Per esempio, abbiamo studiato l’apprendimento presentando loro due stimoli di diverso colore: se il pesciolino si avvicinava a un determinato colore otteneva un bocconcino di cibo. Ripetendo questo addestramento decine di volte, abbiamo determinato quando gli animali cominciavano a comprendere il compito e preferire il colore corretto. Successivamente, abbiamo invertito la corrispondenza colore-cibo per studiare un'altra funzione cognitiva, chiamata flessibilità cognitiva” racconta il Dottor Tyrone Lucon-Xiccato, coautore dello studio.
“I risultati hanno indicato che i pesci allevati nell'ambiente “prevedibile” hanno sviluppato maggiori capacità di apprendimento imparando rapidamente a selezionare il colore inizialmente corretto. Gli altri, invece, hanno sviluppato una maggiore flessibilità cognitiva, inibendo rapidamente la scelta del ‘vecchio' colore corretto in favore del ‘nuovo’. Questa plasticità è, se ci pensate, sostanziale: un individuo può sviluppare un fenotipo cognitivo totalmente opposto a seconda della sua esperienza” spiega la Dottoressa Giulia Montalbano, coautrice dello studio.
Un guppy approccia lo stimolo, un cartoncino colorato, durante un esperimento sull'apprendimento
“È interessante notare come questo tipo di studi stia cambiando il nostro modo di affrontare la ricerca, anche dal punto di vista più pratico. Studiare la plasticità cognitiva non è facile nell’uomo, poiché non è possibile alterare le esperienze delle persone sperimentalmente. Se in passato i pesci erano considerati vertebrati con minori capacità cognitive, oggi sappiamo che almeno le basi del loro sistema cognitivo potrebbero essere le stesse di uccelli e mammiferi. Nei pesci possiamo simulare scenari di esperienza che, ora sappiamo, modificano le capacità cognitive. Pertanto, i pesci possono diventare il modello ideale per scoperte innovative, ad esempio nello studio di malattie del sistema nervoso che rallentano il funzionamento cognitivo” conclude il Dottor Lucon-Xiccato.
Ecologia cognitiva, tra psicologia e genetica
Lo studio si colloca nell’ambito dell’ecologia cognitiva, disciplina che tende ad affrontare lo studio della cognizione in un’ottica evoluzionistica. L’ecologia cognitiva nasce come punto di unione tra la biologia evoluzionistica e lo studio della cognizione negli animali, per decadi appannaggio quasi totale della psicologia comparata.
“La ricerca psicologica nell’uomo ha tentato a lungo di comprendere perché diversi individui rispondono differentemente agli stessi problemi cognitivi. Per esempio, perché alcuni studenti in una classe ottengono valutazioni elevate in matematica, ma ridotte in italiano e altri studenti mostrano un pattern opposto? È noto che i geni sono in parte responsabili di alcune caratteristiche cognitive, ma possono questi geni spiegare tutta la varianza cognitiva tra gli individui?” approfondisce il Dottor Lucon-Xiccato.
“Per esempio, se un animale nasce in un ambiente in cui ci sono molti predatori, svilupperà un fenotipo con comportamenti più schivi, o anche strutture morfologiche adibite alla protezione. È chiaro che tale plasticità ha dei vantaggi: gli individui di una stessa specie possono sviluppare un range di fenotipi che aiuta ad adattarsi allo specifico ambiente in cui sono nati” aggiunge la Dottoressa Giulia Montalbano.
“Noi abbiamo pensato che potrebbe esserci plasticità del fenotipo anche nell’ambito della cognizione, e che questa potrebbe spiegare molte delle differenze cognitive che osserviamo tra gli individui. Per esempio, un individuo potrebbe diventare più bravo ad apprendere se l’ambiente richiede questa caratteristica” chiarisce il Dottor Lucon-Xiccato.
Ambiente e disponibilità di risorse: cos’altro influenza la plasticità?
“Oltre alle potenziali applicazioni sull’uomo, rimangono tante domande di base sulla plasticità cognitiva che abbiamo osservato nei pesci. Per esempio, oltre al livello di predicibilità delle risorse, ci sono altri fattori che influenzano plasticamente la cognizione degli individui? Rimane poi da chiarire se l’elevata plasticità del sistema nervoso dei pesci sia presente in altre specie di vertebrati” sottolinea il Dottor Lucon-Xiccato.
Per saperne di più
L’articolo “Adaptive phenotypic plasticity induces individual variability along a cognitive trade-off” è stato pubblicato il 28 giungo sulla rivista Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences.
Hanno contribuito allo studio Tyrone Lucon-Xiccato, Giulia Montalbano e Cristiano Bertolucci dell’Università di Ferrara.
Lo studio fa parte di un partenariato nazionale per lo studio del sistema nervoso denominato MNESYS “A Multiscale integrated approach to the study of the nervous system in health and disease” di cui il gruppo di Zoologia fa parte. Il finanziamento è legato all’azione #NEXTGENERATIONEU (NGEU) ed è stato elargito dal Ministero della Ricerca tramite il Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza (PNRR).
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