The structure of the Cardiophorinae-Dendrometrinae clade (Coleoptera: Elateridae) is the weakest point of the current click-beetle phylogenetics and classification

Nel mondo naturale, la storia della vita è scritta nei geni di ogni creatura vivente, ma leggere quella storia è spesso come cercare di ricostruire un vaso infranto quando alcuni dei pezzi mancano e altri sembrano sospettosamente simili. Per gli scienziati che studiano come le specie siano correlate, un gruppo di insetti noto come coleotteri cliccatori ha rappresentato per lungo tempo un enigma particolarmente ostinato. Questi coleotteri, famosi per la loro capacità di scattare con il corpo e saltare in aria per sfuggire ai predatori, appartengono a una famiglia chiamata Elateridae. All'interno di questa famiglia, i ricercatori hanno trascorso decenni cercando di distinguere le relazioni tra diversi gruppi principali, o sottofamiglie, che sembrano essersi evoluti molto rapidamente e in un periodo di tempo molto ravvicinato. Quando l'evoluzione avviene così velocemente, i segnali genetici che di solito dicono agli scienziati chi è imparentato con chi diventano sfocati e contraddittori. Diversi studi che utilizzano metodi differenti hanno prodotto alberi genealogici conflittuali, lasciando la classificazione di questi coleotteri in uno stato di confusione. Senza una mappa chiara della loro storia evolutiva, è difficile capire come questi insetti si siano diversificati o nominarli in un modo che rifletta le loro vere connessioni biologiche.

Un team di ricercatori dell'Università Palacký della Repubblica Ceca ha affrontato questo problema specifico analizzando il codice genetico di questi coleotteri con una profondità senza precedenti. Invece di affidarsi a piccoli frammenti di DNA o a caratteristiche fisiche da soli, hanno analizzato migliaia di marcatori genetici di interi genomi di tredici specie che rappresentano i gruppi più controversi. Il loro obiettivo era tagliare attraverso il rumore dei dati contrastanti per trovare le parti della storia evolutiva che sono effettivamente chiare. Ciò che hanno trovato è stato un mix di certezza e incertezza. Da un lato, hanno confermato che cinque distinti gruppi di coleotteri sono effettivamente linee evolutive separate e reali, esistite per milioni di anni. Dall'altro, hanno scoperto che l'ordine esatto in cui questi cinque gruppi si sono separati l'uno dall'altro è così profondamente rimescolato da un'antica evoluzione rapida che nessun dato genetico può attualmente risolverlo. I ricercatori hanno concluso che l'attuale modo in cui questi coleotteri sono classificati è fondamentalmente errato perché cerca di imporre un albero ramificato e chiaro a una parte della storia che semplicemente non ne ha uno.

Lo studio si è concentrato su un cluster specifico di sottofamiglie di coleotteri cliccatori: Dendrometrinae, Hypnoidinae, Cardiophorinae e Negastriinae. Per anni, gli scienziati hanno discusso se questi gruppi facessero tutti parte di una grande famiglia o se dovessero essere divisi. Studi precedenti che utilizzavano tecniche genetiche più vecchie o caratteristiche fisiche avevano prodotto una dozzina di possibili alberi genealogici, nessuno dei quali concordava con gli altri. Alcuni suggerivano che un gruppo fosse il "sister" (gruppo fratello) di un altro, mentre altri li collocavano in posizioni completamente diverse. Questa mancanza di accordo rendeva i nomi scientifici usati per questi coleotteri instabili, cambiando ogni volta che veniva pubblicato un nuovo studio. I ricercatori hanno deciso di testare queste idee concorrenti utilizzando un enorme dataset di informazioni genetiche, analizzando oltre quattromila geni distinti da ciascun coleottero. Hanno utilizzato due diversi approcci statistici per costruire gli alberi: uno che guarda al segnale genetico combinato nel suo insieme, e un altro che tiene conto del fatto che i singoli geni possono avere le proprie storie uniche a causa di eventi biologici casuali.

I risultati hanno rivelato un modello chiaro di ciò che è noto e di ciò che rimane inconoscibile. I ricercatori hanno confermato che cinque gruppi specifici sono linee evolutive solide e distinte. Questi includono le Cardiophorinae e le Negastriinae, che sono da tempo riconosciute come famiglie separate, e altri tre gruppi che erano stati accorpati sotto il nome di Dendrometrinae. Lo studio ha dimostrato che il gruppo precedentemente noto come Dendrometrinae è in realtà un mix di linee non correlate. Nello specifico, i ricercatori hanno scoperto che le tribù conosciute come Dimini, Plastocerini e Oxynopterini non sono strettamente correlate al gruppo centrale delle Dendrometrinae come precedentemente pensato. Invece, esse formano il proprio ramo distinto. Allo stesso modo, la tribù Prosternini si distingue dagli altri. L'unica relazione che è apparsa coerentemente in tutte le loro analisi è una forte partnership tra le Cardiophorinae e le Negastriinae, che apparivano sempre come una coppia unita e singola.

Tuttavia, quando i ricercatori hanno cercato di capire come questi cinque gruppi solidi si inserissero l'uno rispetto all'altro, i dati sono diventati una macchia confusa. I segnali genetici per i punti di ramificazione tra questi gruppi erano così deboli e contraddittori che i modelli informatici non riuscivano a decidere una risposta univoca. In alcune analisi, un gruppo appariva come il parente più stretto degli altri; in altre, un gruppo diverso occupava quel posto. I ricercatori hanno determinato che questa confusione non è un fallimento della loro tecnologia o dei loro metodi, ma una caratteristica reale della storia di questi coleotteri. Sembra che questi gruppi si siano evoluti in un rapido scatto, lasciando pochissimo tempo affinché tra ogni divisione si accumulassero cambiamenti genetici unici. Questo fenomeno, noto come incomplete lineage sorting (segregazione incompleta dei lignaggi), significa che la storia genetica di questi coleotteri non è un albero ramificato pulito, ma piuttosto una rete aggrovigliata dove le linee della discendenza si incrociano tra loro. Poiché il segnale è così rumoroso, cercare di imporre un singolo albero genealogico definitivo a questa parte della storia evolutiva sarebbe fuorviante.

Data questa realtà biologica, gli autori propongono un nuovo sistema di classificazione che dia priorità alla stabilità e all'accuratezza piuttosto che cercare di indovinare l'esatto ordine delle antiche divisioni. Raccomandano di abbandonare la vecchia, ampia definizione di Dendrometrinae, che descrivono come un raggruppamento non supportato e probabilmente innaturale. Invece, suggeriscono di elevare le distinte linee evolutive al rango di sottofamiglia. Ciò significa riconoscere Oxynopterinae come una sottofamiglia separata che include le tribù Dimini, Plastocerini e Oxynopterini. Propongono anche di elevare Prosterninae al rango di piena sottofamiglia. Il gruppo Hypnoidinae mantiene il suo status di sottofamiglia, poiché la sua posizione è stata dibattuta sia come sorella delle Dendrometrinae sia come sorella della coppia Cardiophorinae e Negastriinae. Il nucleo delle Dendrometrinae viene ridefinito per includere solo le tribù Selatosomini, Dendrometrini e Pleonomini. Questo nuovo sistema riconosce che, sebbene non possiamo ancora dire esattamente come questi cinque gruppi siano correlati tra loro, possiamo essere certi che essi siano cinque rami separati e importanti dell'albero genealogico dei coleotteri cliccatori.

I ricercatori sottolineano che questo cambiamento non riguarda la divisione dei coleotteri in troppi piccoli gruppi, ma la creazione di una classificazione che rifletta ciò che i dati effettivamente supportano. L'intero cluster contiene circa quattromila specie descritte, e le nuove sottofamiglie variano dalle piccole Hypnoidinae con circa cento specie alle grandi Dendrometrinae con oltre mille seicento. Dando a ciascuna di queste robuste linee evolutive il proprio rango di sottofamiglia, la classificazione diventa stabile e resistente ai futuri cambiamenti, anche all'arrivo di nuovi dati. Lo studio nota anche che per un piccolo gruppo, i Crepidomenini, i ricercatori non sono stati in grado di prendere una decisione finale perché mancavano dei dati genetici necessari. Questi sono attualmente lasciati in una categoria temporanea in attesa di ulteriori informazioni. In definitiva, l'articolo conclude che la struttura di questa parte dell'albero genealogico dei coleotteri cliccatori è il punto più debole dell'attuale comprensione, non per mancanza di sforzo, ma perché la storia evolutiva stessa è stata troppo rapida e caotica per lasciare una traccia genetica chiara. La soluzione proposta è accettare questa incertezza e costruire una classificazione che nomini solo le parti dell'albero che sono indiscutibilmente reali.