Nella maggior parte delle colonie di formiche esiste una chiara gerarchia: c’è una sola regina che depone le uova e un sistema di caste di formiche operaie che si occupa di tutto il resto: l’approvvigionamento di cibo, l’allevamento delle piccole formiche, i combattimenti e così via. Soltanto gli esemplari maschi e le regine possono riprodursi, mentre il resto delle formiche è sterile. Se la regina muore, di solito anche la colonia incontra lo stesso destino. 

La situazione è diversa per le formiche saltatrici indiane, una specie caratterizzata da mandibole a forma di forcipe e grandi occhi neri che popola le foreste lungo la costa occidentale indiana. In queste colonie, se la regina muore le formiche operaie ingaggiano curiose competizioni, in cui la vincitrice diventa la sovrana e diventa in grado di deporre uova. Ma mentre le ovaie della nuova regina si fanno più grandi, il suo cervello si riduce fino al 25%. 

Tuttavia, alcune ricerche mostrano che queste regine possono essere destituite e tornare al ruolo di operaie. Questo porta ad una nuova riduzione delle ovaie e a una ricrescita del cervello: una caratteristica straordinaria, mai riscontrata prima negli insetti.

“Nel mondo animale questo grado di plasticità – nello specifico plasticità reversibile – è piuttosto singolare”, spiega Clint Penick, autore principale dello studio pubblicato su Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences che documenta la scoperta.

Gara di formiche  

Penick, ricercatore di ecologia, evoluzionismo e biologia presso la Kennesaw State University, in Georgia, studia da lungo tempo le formiche saltatrici indiane, il cui nome scientifico è Harpegnathos saltator. Quando le operaie di questa specie passano allo status riproduttivo tipico della formica regina, vengono definite dagli scienziati gamergate. Il termine gamergate deriva dal greco e sta per “operaia accoppiata”, ovvero depositaria delle uova, e fu coniato negli anni ’80.

Ogni esemplare di Harpegnathos saltator può potenzialmente riprodursi, ma questo avviene soltanto dopo un’estenuante serie di competizioni per il ruolo dominante che si verificano dopo la morte della regina in carica. Come in una minuscola giostra cavalleresca, le formiche si alternano rapidamente nei combattimenti colpendosi con le antenne. 

Questi veri e propri incontri di pugilato possono coinvolgere anche metà della colonia e durare fino a 40 giorni; tutte le formiche, con l’eccezione dell’unica vincitrice, rimangono poi allo status di operaie. 

Anche in altri insetti sono noti comportamenti complessi atti a risolvere il problema della dominanza del gruppo: le vespe regine, ad esempio, competono per la capacità di generare la prole, afferma Rachelle Adams, che studia lo sviluppo evolutivo nelle formiche ed ecologia chimica presso l’Università statale dell’Ohio. Ma “in questo caso sono le operaie a combattere per il ruolo riproduttivo, il che è davvero straordinario”. 

Quando una gamergate subentra al comando va incontro a molti cambiamenti fisici interni. Il più considerevole è quello relativo alle dimensioni del cervello, che si riducono di un quarto, “che è una grande perdita della massa cerebrale”, afferma Penick. I ricercatori hanno scoperto anche che queste formiche passate allo status di regine smettono di produrre veleno e cambiano anche da un punto di vista comportamentale, nascondendosi dagli intrusi e interrompendo tutte le attività di caccia. 

Per capire meglio la plasticità del loro cervello e vedere se questi cambiamenti potessero essere invertiti, Penick e i suoi colleghi hanno scelto 60 gamergate e le hanno colorate per poterle distinguere dalle altre. Metà di queste formiche sono state scelte in modo casuale e isolate per alcune settimane. Le altre 30 fungevano da termine di paragone. L’isolamento sembrava ridurre la fertilità delle formiche assurte allo status di regine, e quando queste sono state reintrodotte nella colonia, sono state immediatamente catturate e trattenute dalle altre operaie. 

Penick spiega che secondo i ricercatori questo tipo di “controllo” è la modalità con cui le formiche impediscono che nella colonia ci siano troppi membri che si possano riprodurre. Se viene individuata una delle aspiranti regine con ovaie parzialmente sviluppate, le altre operaie la mordono e la trattengono per ore o perfino per giorni, anche se senza causare danni fisici. “È quasi come ‘metterle in prigione’”, aggiunge Penick.

Gli scienziati ipotizzano che lo stress della situazione inneschi una serie di cambiamenti chimici a cascata che riportano le gamergate al precedente status di operaie, generalmente nel giro poco più di un giorno. 

“Quando abbiamo scansionato il loro cervello abbiamo rilevato che ogni loro tratto specifico si era completamente ripristinato”, afferma Penick. “Le dimensioni delle ovaie si erano ridotte, avevano cominciato a produrre nuovamente veleno… E il cervello era ritornato alle dimensioni originali”. 

Cambiamenti significativi

In alcune altre specie sono stati individuati cambiamenti significativi nelle dimensioni e nella complessità del cervello, come nello scoiattolo terricolo durante l’ibernazione e in alcune specie di uccelli. Ad esempio, al passero corona bianca crescono 68.000 nuovi neuroni all’inizio della stagione riproduttiva, che lo aiutano a riconoscere nuovi richiami di accoppiamento. In inverno, quando il cibo inizia a scarseggiare, un numero equivalente di neuroni muore. Quando ritorna la primavera, il ciclo si ripete. Ma il fenomeno riscontrato nelle formiche è sorprendente. 

“Esistono molti insetti con una plasticità documentata nei tratti distintivi, ma nessuno di cui io sia a conoscenza ha un tale livello di plasticità reversibile”, afferma Emilie Snell-Rood, biologa evoluzionista presso l’Università del Minnesota. “Molti insetti sociali mostrano cambiamenti nelle diverse regioni cerebrali passando attraverso le varie fasi di vita da operai o nel passaggio dal ruolo di addetti al foraggiamento al compito di regina. Ma cambiare la struttura neurale una volta per poi tornare alla struttura precedente è completamente un’altra cosa”. 

Adams spiega che questo tipo di cambiamenti cerebrali reversibili potrebbe non essere così raro come si pensa: è solo che non abbiamo approfondito abbastanza le nostre ricerche. “Non sarei sorpresa di vedere altre specie di insetti con queste caratteristiche”, afferma. 

Suggerisce di esaminare specie di formiche che prevedono la compresenza di più regine, come ad esempio la Iridomyrmex purpureus australiana. Quando le regine si suddividono i compiti, e alcune rimangono nella colonia mentre altre si occupano del foraggiamento, tale ripartizione delle attività potrebbe essere accompagnata da una corrispondente differenza nelle dimensioni e funzioni del cervello, afferma Adams.

Lo studio della questione della plasticità reversibile in tutte le specie può svelare implicazioni per una maggiore comprensione anche del cervello umano. “Potrebbero rivelarci spunti per capire come si sviluppa il nostro cervello”, afferma Penick.

Queste ricerche potrebbero, ad esempio, fornire agli scienziati maggiori informazioni sui geni correlati alla plasticità neurale e sul loro funzionamento. 

“Qualcuno potrebbe chiedersi ‘perché tanto interesse per una specie di formiche?’, ma queste potrebbero essere straordinari esempi – nella storia evolutiva – di un affascinante meccanismo di plasticità neurale”, afferma Snell-Rood. “Potremmo avere molto da imparare dagli incredibili adattamenti neurali negli animali”.