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IMMAGINE: sia i lavoratori che le regine (più grandi e con le ali) sono mostrati nell’immagine. vedi di più

Credit: Philip Gronski

Le formiche sono uno dei gruppi di animali di maggior successo del pianeta, occupando ovunque dal suolo temperato alle foreste pluviali tropicali, dune del deserto e banchi da cucina. Sono insetti sociali e le loro capacità di lavoro di squadra sono state da tempo identificate come uno dei fattori chiave che portano al loro successo. Le formiche sono notoriamente in grado di sollevare o trascinare oggetti molte volte il proprio peso e trasportare questi oggetti di nuovo alla loro colonia. Ma con precedenti ricerche che si sono concentrate sugli aspetti sociali di una colonia di formiche, guardare una singola formica è stato in qualche modo trascurato.

Ora, i ricercatori dell’Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) e dell’Università Sorbona di Parigi hanno studiato perché le singole formiche operaie sono così forti prendendo immagini a raggi X e creando modelli 3D del loro torace-l’unità centrale dei loro corpi – per analizzare i loro muscoli e lo scheletro interno. Il loro studio, pubblicato su Frontiers in Zoology, esamina l’ipotesi che la perdita di volo nelle formiche operaie sia direttamente collegata all’evoluzione di una maggiore forza.

“Le formiche operaie si sono evolute dagli insetti volanti”, ha detto il professor Evan Economo, che guida l’Unità di biodiversità e biocomplessità dell’OIST. “Abbiamo sempre pensato che perdere il volo ha contribuito a ottimizzare i loro corpi per lavorare a terra, ma abbiamo molto da imparare su come questo è raggiunto.”

Essere in grado di volare potrebbe essere un sogno comune tra le persone, ma la realtà del volo è che pone forti vincoli sulla costruzione di un corpo. Negli insetti volanti, i muscoli delle ali occupano una parte importante del torace – a volte più del 50%. Ciò significa che altri muscoli, che vengono utilizzati per sostenere e muovere la testa, le gambe e l’addome sono vincolati e schiacciati contro l’esoscheletro.

Ma una volta rimossi i vincoli del volo, tutto quello spazio nel torace è aperto, il che, hanno ipotizzato i ricercatori, consentirebbe ai muscoli rimanenti di espandersi e riorganizzarsi.

Precedenti ricerche in questo settore si erano concentrate sulla struttura esterna delle formiche, ma, con la tecnologia disponibile presso OIST, i ricercatori sono stati in grado di ottenere un quadro altamente dettagliato di ciò che stava accadendo all’interno del torace. L’obiettivo era quello di analizzare le caratteristiche generali comuni a tutte le formiche, piuttosto che concentrarsi sulla specializzazione di alcune specie. Per fare questo, i ricercatori hanno fatto un’analisi dettagliata di due specie di formiche lontanamente correlate, inclusi sia i lavoratori senza ali che le regine volanti, e hanno confermato le loro scoperte su un campione più ampio di specie.

Hanno usato la tecnologia avanzata dei raggi X per scansionare l’anatomia interna ed esterna, come le scansioni TC utilizzate in un ospedale, ma a risoluzione molto più alta. Da queste scansioni, i ricercatori hanno mappato tutti i diversi muscoli e li hanno modellati in 3D. Il risultato è stata un’immagine completa dell’interno del torace. Hanno quindi confrontato i risultati di queste due specie con una serie di altre formiche e insetti senza ali.

Come previsto, i ricercatori hanno scoperto che la perdita di volo aveva permesso una chiara riorganizzazione del torace. “All’interno del torace della formica operaia, tutto è integrato magnificamente in un piccolo spazio”, ha detto il defunto Dr. Christian Peeters, autore principale di questo articolo, che era professore di ricerca all’Università della Sorbona. “I tre gruppi muscolari si sono tutti espansi in volume, dando alle formiche operaie più forza e potenza. C’è stato anche un cambiamento nella geometria dei muscoli del collo, che sostengono e muovono la testa. E l’attaccamento interno dei muscoli è stato modificato.”

È interessante notare che, guardando le vespe senza ali, i ricercatori hanno scoperto che questi insetti avevano risposto alla perdita di volo in un modo completamente diverso. Le vespe senza ali sono solitarie e consumano cibo come lo trovano. D’altra parte, le formiche fanno parte di una colonia. Cacciano o cercano cibo che poi deve essere riportato al nido per la regina e i compagni di nido più giovani, quindi ha senso che ci sia stata una pressione di selezione per promuovere la capacità di trasporto.

Le formiche sono state studiate per secoli in termini di comportamento, ecologia e genetica, ma, hanno sottolineato i ricercatori, questa storia di forza è stata, finora, un po ‘ trascurata. Il prossimo passo è sviluppare modelli biomeccanici più dettagliati di come funzionano i diversi gruppi muscolari, fare ricerche simili sulla mandibola e sulle gambe ed esplorare la diversità osservata tra le specie di formiche.

“Siamo interessati a ciò che rende una formica una formica e comprendere le innovazioni chiave dietro il loro successo” ha spiegato il professor Economo. “Sappiamo che un fattore è la struttura sociale, ma questa forza individuale è un altro fattore essenziale.”

Insieme al professor Economo e al Dr. Peeters, il gruppo di ricerca comprendeva il Dr. Roberto A. Keller dell’Università di Lisbona e OIST, Adam Khalife dell’Università della Sorbona e OIST, il Dr. Georg Fischer e il Dr. Julian Katzke dell’OIST e il Dr. Alexander Blanke dell’Università di Colonia.

Guarda un’animazione su questo lavoro qui: https://vimeo.com/466442164.

Dr. Christian Peeters

Dr. Christian Peeters è morto all’inizio di settembre 2020, poco prima che questo articolo fosse pubblicato. Nella sua carriera scientifica, che ha attraversato oltre trentacinque anni e lo ha portato in tutto il mondo, il Dr. Peeters ha studiato le società di insetti sociali con particolare attenzione all’evoluzione dei comportamenti riproduttivi delle formiche, delle strategie delle colonie e degli adattamenti morfologici. Oltre a pubblicare una lunga lista di articoli scientifici, il Dott. Peeters ha regolarmente creato video, tenuto conferenze e contribuito a risorse online per rendere la sua ricerca accessibile a un pubblico non scientifico. Peeters contributi significativi alla scienza, la sua passione per l’entomologia, e il lavoro che ha fatto in collaborazione con l’Unità Biodiversità e biocomplessità.

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