Uno studio sulle formiche fornisce informazioni sull’evoluzione degli insetti sociali.


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Uno dei grandi enigmi della biologia evolutiva è ciò che ha indotto alcune creature viventi ad abbandonare l’esistenza solitaria a favore della vita in società collaborative, come nel caso delle formiche e di altri insetti sociali che formano colonie. Una delle principali caratteristiche delle cosiddette specie eusociali è la divisione del lavoro tra le regine che depongono le uova e i lavoratori che si occupano della covata e svolgono altri compiti. Ma cos’è che determina che una regina dovrebbe deporre le uova e che i lavoratori non dovrebbero riprodursi? E come è nata questa distinzione nel corso dell’evoluzione? La biologa evoluzionista Romain Libbrecht ha esaminato questi problemi negli ultimi anni e in collaborazione con i ricercatori della Rockefeller University di New York City ha trovato una risposta del tutto inaspettata: un unico gene chiamato peptide insulino-simile 2 (ILP2), che probabilmente è attivato da una migliore nutrizione, stimola le ovaie e innesca la riproduzione.

“Può sembrare quasi inconcepibile che un solo gene possa fare la differenza”, ha sottolineato Libbrecht. I ricercatori hanno tratto le loro conclusioni da un confronto di 5.581 geni in sette specie di formiche in quattro diverse sottofamiglie che si differenziano l’una dall’altra per quanto riguarda numerose caratteristiche. Ma in una cosa sono tutte uguali: c’è sempre una maggiore espressione di ILP2 nel cervello degli insetti riproduttivi. Le regine hanno quindi livelli superiori a quelli dei lavoratori. Un’ulteriore scoperta indica che questo peptide si trova solo nel cervello, dove viene prodotto in un piccolo gruppo di appena 12-15 cellule.

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Si ipotizza che le origini del comportamento sociale degli insetti siano da ricercarsi in antenati vespa che alternano fasi di riproduzione e di cura della covata. Una femmina vespa deponeva un uovo e si prendeva cura della larva fino all’impupamento. Tuttavia, queste due fasi sono state separate e i loro compiti associati sono stati assegnati a individui diversi, vale a dire regine e lavoratori, durante l’evoluzione dell’eusocialità.

Libbrecht e i suoi colleghi di New York City hanno studiato la specie di formica Ooceraea biroi per determinare i meccanismi molecolari alla base di questa divisione del lavoro. Ooceraea biroi è una piccola specie di 2 o 3 millimetri di lunghezza, originaria dell’Asia ma diffusa in tutti i tropici. Gli insetti vivono nei cunicoli sotterranei, attaccano i nidi di altre specie di formiche e si nutrono della loro covata. La cosa insolita della specie O. biroi è che non ci sono regine, ma solo lavoratrici. Tuttavia, ogni lavoratrice può riprodursi attraverso la partenogenesi. Questo significa che una femmina produce un’altra femmina identica – gli insetti in effetti si clonano da soli. E seguono sempre un ciclo specifico: tutte le lavoratrici depongono le uova per un periodo di 18 giorni, dopo di che passano 16 giorni a raccogliere il cibo e a nutrire le larve. Il ciclo ricomincia di nuovo.

Questo comportamento ciclico è paragonabile a quello degli antenati solitari simili a vespe ed è controllato dalla presenza di larve. Quando le prime larve si schiudono alla fine della fase riproduttiva, la loro presenza sopprime l’attività ovarica e innesca il comportamento di cura della covata. Quando le larve iniziano l’impupamento alla fine della fase di cura della covata, l’attività ovarica viene aumentata e il foraggiamento ridimensionato. “Quello che abbiamo fatto è stato rompere questo ciclo”, ha spiegato Libbrecht. I ricercatori hanno sintetizzato il peptide ILP2 e lo hanno iniettato nelle formiche. Questo ha causato le formiche a deporre le uova in presenza di larve.

Libbrecht ha utilizzato un approccio di sostituzione della covata per indagare cosa succede quando le larve vengono introdotte nella colonia durante la fase riproduttiva e, al contrario, quando vengono rimosse durante la fase di cura della covata. “Quello che vediamo è che l’espressione genica nel cervello cambia in entrambe le fasi e le formiche cambiano di conseguenza il loro comportamento e la loro fisiologia. Questa risposta, tuttavia, avviene ad un ritmo più veloce se ci confrontiamo le formiche che depongono le uova con le larve”. Gli insetti poi smettono di deporre le uova e iniziano a prendersi cura della covata. “Questo ha senso. Dopo tutto, è importante per la sopravvivenza iniziare rapidamente ad alimentare le larve”, ha aggiunto. Questo esperimento ha anche rivelato che l’espressione di ILP2 nel cervello è cambiata rapidamente e significativamente in risposta al cambiamento delle condizioni sociali.

I ricercatori hanno anche considerato l’importanza della nutrizione, che è noto per essere di importanza quando si tratta della differenziazione tra regine e lavoratori. Una grande quantità o una buona qualità di proteine nutrizionali favorisce lo sviluppo delle larve femminili in regine. Nelle colonie della specie O. biroi, una piccola parte delle formiche sono le cosiddette intercastes. Questi insetti sono leggermente più grandi, hanno gli occhi e sono più riproduttivi. Per questo motivo, possono essere paragonati in qualche misura con le regine normali. La probabilità che una larva diventi una intercaste aumenta se riceve un nutrimento migliore. L’imaging in fluorescenza mostra che queste intercaste hanno più ILP2 nel cervello rispetto ai normali lavoratori.

“Qualcosa di paragonabile potrebbe aver avuto luogo nel caso degli antenati degli insetti eusociali”, ha suggerito la dottoressa Romain Libbrecht. “Forse una minore asimmetria per quanto riguarda l’alimentazione delle larve ha portato ad un’asimmetria nel comportamento riproduttivo degli adulti che si sviluppano a partire da quelle larve. L’ipotesi che la divisione in regine e lavoratori potrebbe quindi essere iniziata con una sola differenza è supportata da esperimenti condotti su un totale di sette diverse specie di formiche.

Ulteriori ricerche devono essere intraprese per determinare se i risultati si applicano anche ad altri insetti sociali e come le colonie di formiche come superorganismi controllano l’offerta complessiva di nutrizione.

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