Un unico gene alla base della suddivisione in caste delle formiche

I livelli di un ormone simile all’insulina umana potrebbero essere all’origine dell’eusocialità delle formiche. Uno studio ne evidenzia l’importanza e fornisce indizi su come potrebbero essersi differenziate le caste di operaie e regine


Le formiche sono insetti eusociali, il cui sistema sociale è cioè caratterizzato da cura cooperativa della prole, sovrapposizione delle generazioni di adulti e divisione del lavoro tra gli individui: la regina fertile depone le uova, le operaie sterili si occupano della pulizia del nido, di procacciare il cibo e della cura della prole, mentre i soldati –  presenti in alcune specie – sono incaricate della difesa del nido.

Si pensa che i rigidi ruoli sociali tipici di questi imenotteri rispecchino un ciclo vitale ancestrale in cui i loro antenati alternavano fasi in cui tutti gli individui di una colonia si riproducevano a fasi in cui, sempre simultaneamente, si prendevano cura della prole. Con il tempo questo comportamento sarebbe giunto a riflettere i ruoli fissi delle colonie eusociali che vediamo oggi, in cui la maggior parte degli individui – le operaie – sacrificano il loro potenziale riproduttivo in favore della regina fertile.

L’origine dell’eusocialità e la sua base genetica rimangono comunque incerti, lasciando vari quesiti aperti: quali meccanismi molecolari rendono fertile la regina e sterili le operaie? Come si sono evolute le differenze fisiche e di comportamento tipiche di questi ruoli caratteristici delle società di formiche?

Uno studio svolto da ricercatori della Rockefeller University e pubblicato su Science mira a rispondere a queste domande. Gli scienziati hanno confrontato l’espressione a livello cerebrale dei geni di regine e operaie in sette specie di formiche e hanno scoperto che un unico gene – ilp2 – è sempre espresso ad alti livelli negli individui riproduttori, mentre lo è a livelli più bassi nelle operaie. Si tratta del gene che codifica per la proteina ILP2, la versione dell’insulina presente nelle formiche e che ne regola le capacità metaboliche.

I ricercatori hanno poi analizzato il ruolo dell’ormone in una sola specie di formiche, Ooceraea biroi, nelle cui colonie non vi è distinzione tra regine e operaie: tutti gli individui si riproducono simultaneamente e successivamente si prendono cura della prole e la nutrono. La transizione tra le due fasi è regolata dalla presenza delle larve, che induce gli adulti a smettere di riprodursi, passando alla fase di cura dei “piccoli”.

Lo studio ha messo in luce che la quantità di insulina prodotta dalle formiche è influenzata dalla presenza delle larve: aumenta se vengono rimosse dalla colonia durante la fase in cui gli adulti se ne prendono cura, diminuisce se vengono introdotte nella colonia durante la fase riproduttiva. La presenza delle larve inibisce quindi la produzione di insulina, rendendo le formiche adulte incapaci di riprodursi perché prive di una quantità sufficiente di ormone.

In un secondo esperimento i ricercatori hanno somministrato insulina sintetica alle formiche durante la fase di cura, provocando l’attivazione dell’attività ovarica anche in presenza delle larve. Individui adulti con più elevati livelli di insulina potrebbero quindi evitare la fase di cura della prole e riprodursi in qualunque momento, interrompendo il ciclo abituale.

Secondo gli autori dello studio queste scoperte forniscono indizi circa l’origine dell’eusocialità. Nel corso dell’evoluzione le variazioni individuali dei livelli di insulina nei soggetti di una colonia avrebbero provocato asimmetrie, che si sarebbero poi accentuate nel tempo. Gli individui che producevano naturalmente maggiori quantità di ILP2 avrebbero ignorato lo stimolo a dedicarsi alla cura dato dalla presenza delle larve, mentre quelli con produzione ridotta sarebbero diventati sempre più sensibili alla presenza delle larve e quindi più propensi a dedicarsi alla loro cura.

Una volta creatasi questa asimmetria, la selezione avrebbe agito distanziando sempre più i livelli di insulina e ciò avrebbe avuto come risultato finale la formazione di due caste di formiche, operaie e regine.


Riferimenti:
Vikram Chandra et al. 2018. Social regulation of insulin signaling and the evolution of eusociality in ants. Science 361 (6400): 398-402. DOI: 10.1126/science.aar5723

Immagine credit: Andreas Metallerreni