Le pupe di formiche allattano le giovani larve (VIDEO)
Un fluido nutriente secreto dalle pupe di formiche aiuta a nutrire il resto della colonia e potrebbe svolgere un ruolo nell'evoluzione delle strutture sociali
[5 Dicembre 2022]
«La vita in una colonia di formiche è una sinfonia di sottili interazioni tra insetti che agiscono di concerto, più simili a cellule nei tessuti che a organismi indipendenti che si annidano in una colonia». E’ la conclusione che i ricercatori della The Rockefeller University – New York traggono dal sorprendente studio “The pupal moulting fluid has evolved social functions in ants”, pubblicato su Nature, grazie al quale hanno scoperto un’interazione sociale precedentemente sconosciuta che unisce la colonia di formiche, collegandole attraverso le fasi di sviluppo: adulti, larve e pupe, una fase immobile, non dissimile dalla crisalide di una farfalla, durante la quale le formiche si trasformano da larve ad adulte.
Infatti, lo studio rivela che «Le pupe secernono un fluido mai osservato prima che viene immediatamente bevuto dagli adulti e dalle larve. La salute dell’intera colonia sembra dipendere dal rapido consumo di questo fluido ricco di sostanze nutritive: le larve ne hanno bisogno per crescere e, se gli adulti e le larve non riescono a berlo, le pupe muoiono di infezioni fungine mentre il fluido si accumula intorno a loro».
Uno degli autori dello studio, Daniel Kronauer del Laboratory of Social Evolution and Behavior della Rockefeller University e dell’Howard Hughes Medical Institute, spiega che «Il modo in cui le formiche usano questo fluido crea una dipendenza tra i diversi stadi di sviluppo. Dimostra solo fino a che punto le colonie di formiche operano davvero come un’unità integrata».
La principale autrice dello studio, Orli Snir, postdoc nel laboratorio di Kronauer, ricorda che «Le formiche operano nel trambusto di una colonia indaffarata, ponendo difficoltà ai ricercatori che cercano di osservare le varie interazioni tra le formiche che mantengono la colonia senza intoppi. Queste interazioni sono al centro della comprensione delle società degli insetti ma, a causa delle sfide intrinseche, non sono state studiate sistematicamente».
Per risolvere questo problema frontalmente, la Snir ha deciso di decodificare la colonia di formiche per identificare alcuni dei principi chiave che guidano le interazioni sociali. Per farlo, ha rimosso da una colonia le formiche in diversi stadi di sviluppo e ha esaminato in che modo l’isolamento sociale ha influenzato gli insetti. Una delle prime cose che ha notato è stato proprio il fluido che si accumulava intorno alle pupe isolate. I ricercatori evidenziano che «Gli insetti normalmente non secernono fluido allo stadio pupale, e tale fluido non era mai stato osservato nemmeno nelle formiche». Ma il fluido scoperto dalla Snir era soggetto a infezioni fungine che alla fine hanno ucciso le pupe. Solo quando la ricercatrice ha rimosso manualmente il fluido, le pupe sono sopravvissute fino all’età adulta. «Chiaramente, la colonia di formiche stava in qualche modo impedendo la formazione del liquido pupale», fa notare la scienziata.
Per capire dove andava a finire quel fluido, Kronauer, Snir e i loro colleghi hanno condotto esperimenti di tracciamento con del colorante e, quando hanno scoperto che gli adulti e le larve lo stavano bevendo, hanno iniziato a studiare la composizione del fluido e ad osservare cosa accadeva alle formiche che non ne bevevano. E’ così che hanno scoperto che «Il fluido deriva da un processo presente in tutti gli insetti chiamato muta, nel quale gli insetti perdono la loro vecchia cuticola per crescere. Mentre gli insetti non sociali riciclano il fluido della muta per conservare i nutrienti, le pupe delle formiche lo condividono con i loro compagni di nido».
La biologa svizzera Adria LeBoeuf dell’Universität Freiburg ha detto a Nature che «E’ un riciclaggio opportunistico quello che le formiche stanno facendo all’interno della colonia… e una divisione metabolica del lavoro»
E il team di ricercatori ha anche scoperto che «Il fluido è ricco di sostanze nutritive, oltre a sostanze psicoattive, ormoni e alcuni componenti presenti nella pappa reale che le api riservano alle larve delle api regine. E mentre le formiche di tutte le età sembrano godere del fluido, le giovani larve ne hanno bisogno: quelle private del fluido nei primi quattro giorni di vita non riescono a crescere e molte alla fine muoiono».
Kronauer conferma: «I primi giorni dopo la schiusa, le larve si affidano al fluido quasi come un neonato fa affidamento sul latte. Anche gli adulti lo bevono voracemente e, sebbene non sia chiaro cosa faccia agli adulti, siamo fiduciosi che abbia un impatto sul metabolismo e sulla fisiologia».
Commentando lo studio su Nature, Patrizia d’Ettorre, etologa dell’Université Sorbonne Paris Nord, ha fatto notare che «E’ davvero sorprendente che nessun altro l’abbia notato prima. Le pupe erano considerate inutili [perché] sono immobili, fanno girare un bozzolo attorno a loro in alcune specie, non mangiano, vengono solo spostate dalle [formiche] operaie, quindi non contribuirebbero con qualsiasi cosa alla società delle formiche. Ma questo studio dimostra che questo non è vero».
Dopo aver condotto lo studio iniziale sulle formiche razziatrici clonali (Ooceraea biroi), il team di Kronauer ha riscontrato lo stesso fenomeno in ciascuna delle cinque principali sottofamiglie di formiche, il che suggerisce che la strategia di utilizzare il fluido della muta come nutriente è molto diffusa tra le formiche e second Kronauer. «E’ qualcosa che si è evoluto poco dopo che le formiche sono diventate eusociali o forse anche prima che le formiche diventassero sociali. Probabilmente si è evoluto una volta, all’inizio dell’evoluzione delle formiche, o addirittura prima dell’evoluzione delle formiche».
Il team statunitense ha testato la composizione molecolare del fluido e ha identificato 185 proteine specifiche, oltre a più di 100 metaboliti come amminoacidi, zuccheri e vitamine. I composti identificati suggeriscono che il fluido derivi da fluidi di muta, prodotti quando le larve perdono la loro cuticola esterna mentre si sviluppano in pupe. “, Una colonia di formiche viene spesso definita un superorganismo, un’entità unificata composta da molti organismi che lavorano di concerto. »In effetti – spiegano ancora i ricercatori della Rockefeller University – le formiche trasmettono informazioni scambiando segnali chimici in modi analoghi a come le cellule comunicano nei tessuti. Questi includono feromoni, che spesso trasmettono informazioni a breve termine, e fluidi sociali, che hanno il potenziale per effettuare cambiamenti metabolici e comportamentali a lungo termine. La scoperta del fluido sociale pupale e del suo ruolo nel collegare adulti, pupe e larve, aggiunge contesto a questa comprensione delle colonie di formiche come superorganismi interdipendenti».
Per la Snir, «Il fluido sociale pupale è la forza trainante dietro una rete di interazione centrale e finora trascurata nelle società delle formiche. Questo rivela un nuovo aspetto della dipendenza tra larve e pupe, e pupe e adulti».
Lo scienziato britannico Karsten Schönrogge, dell’UK Centre for Ecology & Hydrology, vorrebbe che ora si studiasse «Se la secrezione delle pupe è utile anche nel trasferimento delle comunità microbiche intestinali che aiutano le formiche a digerire il cibo».
E infatti, ora il team di ricercatori intende studiare ulteriormente gli effetti di questo fluido di muta sul funzionamento interno della colonia. Kronauer è particolarmente interessato a «Determinare se il fluido di muta abbia un ruolo nel decidere la casta delle larve di formiche e se e come influisca sul comportamento degli adulti. Se le larve [si sviluppano] in regina o operaia potrebbe essere modulato da quanto accesso hanno a questo fluido. Questo studio fornisce solo uno sguardo alle intricate reti di interazione delle società di insetti».
E la Snir conclude: «Il nostro obiettivo a lungo termine è acquisire una profonda comprensione dei meccanismi neurali e molecolari che governano l’organizzazione sociale e di come questi meccanismi si sono evoluti».