I maschi delle formiche pazze gialle sono chimere

Hanno due genomi ciascuno in gruppi cellulari separati. Risolto un enigma, emergono nuove domande

[17 Aprile 2023]

La formica pazza gialla (Anoplolepis gracilipes) è considerata una delle peggiori specie invasive al mondo, ma, dato che perché i maschi di questa formica da tempo suscitavano la perplessità degli scienziati, lo studio “Obligate chimerism in male yellow crazy ants”, pubblicato recentemente su Science da un team di ricercatori tedeschi, svizzeri e thailandesi, si è occupato di un altro aspetto di questa particolare formica: come si riproducono gli insetti.

Il principale autore dello studio, Hugo Darras della Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) spiega che «I risultati di precedenti analisi genetiche della formica pazza gialla avevano dimostrato che i maschi di questa specie hanno due copie di ciascun cromosoma. Questo era davvero inaspettato, poiché i maschi di formiche api e vespe di solito si sviluppano da uova non fecondate  e quindi dovrebbero avere solo una copia materna di ciascun cromosoma. Con questo davanti, abbiamo deciso di indagare su questo sconcertante fenomeno con successivi esperimenti».

La neozelandese Monica Gruber, della Wellington UniVentures, coautrice dello studio “The conundrum of the yellow crazy ant (Anoplolepis gracilipes) reproductive mode: no evidence for dependent lineage genetic caste determination”, pubblicato nel 2013 su Insectes Sociaux,  che per la prima volta ha ipotizzato la possibilità del chimerismo nei maschi di formica pazza gialla, ha commentato: «E’ fantastico. Alla fine hanno risolto l’enigma che mi ha tenuta sveglia la notte per gran parte del mio dottorato di ricerca».

E all’JGU evidenziano che «I risultati sono stati davvero straordinari. Finora si era ipotizzato che i maschi della formica pazza gialla portassero gli stessi due set di cromosomi in tutte le cellule del loro corpo. Tuttavia, il team è stato in grado di dimostrare che questa premessa era tutt’altro che corretta». Le cellule delle formiche regine hanno due copie del genoma W, mentre le formiche operaie sterili hanno una copia di ogni lignaggio in ogni cellula. Il team di Darras ha scoperto che il chimerismo dei maschi ha un ruolo cruciale nel sistema delle caste delle formiche. Tutte le uova della regina portano una copia del genoma R. Se questo uovo viene fecondato da uno spermatozoo con un genoma R, si sviluppa una regina. Tuttavia, se l’ovulo viene inseminato con uno spermatozoo W, ci sono due possibili esiti. Se i due nuclei cellulari contenenti il ​​genoma si fondono, si sviluppa una formica operaia diploide. Se i nuclei non si fondono, l’uovo si sviluppa come un maschio chimerico, alcune cellule portano un genoma R e altre portano un genoma W

Darras riassume: «Abbiamo scoperto che i maschi delle formiche hanno genomi materni e paterni in diverse cellule del loro corpo e sono quindi chimere. Per dirla in altro modo, tutti i maschi hanno due genomi, ma ogni cellula del loro corpo contiene solo l’uno o l’altro dei due genomi. Normalmente, in una forma di vita multicellulare – sia essa un essere umano, un cane o un pipistrello – tutte le cellule contengono materiale genetico identico».

Le chimere sono individui le cui cellule contengono materiali genetici diversi. Si trovano naturalmente in alcune specie, come i coralli e la rana pescatrice, in cui individui separati possono fondersi per diventare uno. Il chimerismo può essere trovato anche negli esseri umani e in altri mammiferi placentati. Durante la gestazione, madre e feto possono scambiarsi un piccolo numero di cellule, quindi la prole di solito ha poche cellule che contengono lo stesso materiale genetico della madre. Questi scambi su piccola scala si verificano anche tra gemelli nel grembo materno.

Darras.spiega ancora: «In contrasto con questi casi noti, il chimerismo nella formica pazza gialla non deriva dalla fusione di due individui separati o da uno scambio di cellule tra di loro. Invece, questo processo ha origine all’interno di un singolo uovo fecondato. Questo è qualcosa di unico».

Il team di ricercatori evidenzia che «I maschi di formiche pazze gialle sono chimere: si sviluppano da uova fecondate in cui i due gameti parentali non si fondono effettivamente. Invece, i nuclei materno e paterno si dividono separatamente all’interno dello stesso uovo, il che significa che i maschi adulti risultanti hanno entrambe le sequenze di DNA parentale ma in cellule del corpo diverse. Quando i gameti si fondono, dall’uovo si sviluppa una regina o una lavoratrice, a seconda delle informazioni genetiche trasportate dallo sperma. Non è ancora noto quali meccanismi determinino se la fusione dei gameti parentali avvenga o meno».

Il chimerismo delle formiche gialle pazze potrebbe contribuire alla capacità delle specie di adattarsi agli ecosistemi. Le regine hanno organi specializzati che immagazzinano lo sperma di più maschi. Questo significa che una regina solitaria che immagazzina sperma R e W può iniziare una nuova colonia di formiche. Lori Lach, ecologista australiana della James Cook University – Cairns, si chiede su Anthropocene se i ricercatori potrebbero sfruttare la loro bizzarra biologia per impedire che le piccole popolazioni di formiche si trasformino in grandi popolazioni. Ma la scoperta solleva tante domande quante risposte. Non è chiaro il motivo per cui i nuclei di alcuni spermatozoi non riescono a fondersi con il nucleo dell’uovo, dando come risultato i aschi chimerici. «I geni nelle cellule del lignaggio W, che sono sovrarappresentati nello sperma, potrebbero svolgere un ruolo – conclude Durras – C’è così tanto che non sappiamo».