Cibo e ‘coccole’ determinano il futuro lavoro delle formiche

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Come possono le formiche operaie di una stessa specie ad essere profondamente differenti nell’aspetto, nelle dimensioni e nel comportamento pur avendo un identico corredo genetico? Un gruppo di studiosi canadesi ha indagato l’origine di queste modificazioni mostrando come la plasticità fenotipica delle operaie sia il risultato di diversificazioni a livello della metilazione del DNA. Le formiche ci mostrano come l’epigenetica possa effettivamente avere un ruolo, anche decisivo, nella biologia degli organismi



Le formiche vengono definite animali eusociali poiché ogni colonia è un perfetto esempio di efficienza ed organizzazione. Un simile grado di laboriosità viene raggiunto grazie alla rigida ed efficace suddivisione dei compiti tra i membri del formicaio. La riproduzione, ad esempio, è affidata alla sola regina ed ai “fugaci” maschi. Tutti gli altri membri del formicaio invece appartengono alla categoria delle formiche operaie che sono tutte geneticamente uguali ed asessuate. In alcune specie di formiche la categoria delle operaie può essere a sua volta suddivisa in alcuni sotto-raggruppamenti. Ad esempio nella formica della Florida (Camponotus floridanus) si possono osservare operaie minori e operaie maggiori. Le prime, lunghe meno di 6 mm, hanno il compito di accudire le larve e procacciare il cibo per l’intera colonia mentre le operaie maggiori, con una lunghezza di oltre 12 mm, sono caratterizzate da forti e grandi mandibole con le quali difendono il formicaio dalle minacce esterne.

Ciò che ha sempre lasciato perplessi gli studiosi è la ricerca della causa della diversità alla base di queste formiche. Analisi di sequenziamento del DNA mostrano come non sussistano delle differenze genetiche tra le varie specializzazioni di operaie. È quindi stato ipotizzato che la plasticità fenotipica degli individui sia il risultato di un processo di regolazione dell’espressione genetica e non una differenza della struttura genetica vera e propria. Il motore di questo differenziamento ha quindi un’origine epigenetica. Ciò significa che determinati fattori ambientali, quali il tipo di nutrimento (proteine, vitamine e minerali assimilati) e le attenzioni ricevute durante lo stadio larvale, influenzano l’accrescimento delle formiche comportando una differente specializzazione dell’individuo adulto.

Studi compiuti sulle api, vicine da un punto di vista evolutivo e di organizzazione sociale alle formiche, hanno mostrato come la differenza tra le operaie e le future regine sia data da una differenza nella metilazione della doppia elica del DNA. Il processo di metilazione, molto conservato da un punto di vista evolutivo, permette ai vari apparati adibiti alla trascrizione del DNA di effettuare una discriminazione tra quali geni esprimere e quali invece reprimere. Tenendo in considerazione queste scoperte, un team di ricercatori canadesi ha indagato se la differenza morfologica tra le formiche operaie della Florida sia provocata, o meno, da una differenza nella metilazione di specifici geni. Riproducendo mediante l’utilizzo di farmaci ciò che alimentazione e cure fanno in natura, i ricercatori hanno provocato nelle larve gradi diversi di metilazione del DNA ed hanno osservato le differenze morfologiche derivanti. Lo studio, pubblicato su Nature Communications, ha effettivamente mostrato come un aumento dell’attività di metilazione del DNA comporti una maggior specializzazione nelle operaie minori mentre una minor metilazione comporti un aumento delle operaie “soldato”. Il gene che sembrerebbe ricoprire un ruolo decisivo nella determinazione della grandezza della formica è  EGFR (epidermal growth factor receptor). In un complesso processo di regolazione genetica, l’aumento del grado di metilazione del DNA comporta una riduzione della medesima attività a livello dell’EGFR con conseguente espressione del gene e futura specializzazione della formica nell’operaia minore. L’alterazione inversa del grado di metilazione ha invece come prodotto ultimo la specializzazione in un’operaia maggiore.

Le profonde differenze presenti tra le formiche operaie, determinate da variazioni dell’ambiente circostante le larve, suggeriscono, agli studiosi, una possibile origine epigenetica di numerosi aspetti della vita degli animali come, ad esempio, l’incidenza delle malattie. Le variazioni epigenetiche potrebbero però permettere anche la formulazione di teorie riguardo l’andamento evolutivo futuro delle diverse specie esistenti in natura. Le formiche operaie maggiori e minori della Florida non differiscono solo nelle dimensioni ma anche nel comportamento e nell’approccio a differenti situazioni, è quindi lecito arrivare addirittura a fantasticare una  possibile causa epigenetica nell’origine del comportamento di molti animali; magari anche nell’uomo.


Riferimenti:
Sebastian Alvarado, Rajendhran Rajakumar, Ehab Abouheif & Moshe Szyf. Epigenetic variation in the Egfr gene generates quantitative variation in a complex trait in ants. Nature Communication, 2015 March 11. DOI: 10.1038/ncomms7513

Immagine da Wikimedia Commons