- Come comunicano le formiche?
- Qual è il ruolo dei feromoni?
- Come scelgono i recettori olfattivi i loro neuroni?
Le società delle formiche: la comunicazione chimica come chiave del successo
Le formiche si organizzano grazie agli odori. I feromoni guidano questi insetti verso il cibo, li avvertono dei predatori e regolano i ritmi delle loro colonie. Questo sofisticato sistema di comunicazione chimica segue una regola fondamentale: un recettore per ogni neurone.
I genomi delle formiche contengono centinaia di geni per i recettori olfattivi, ciascuno dedicato a sostanze chimiche specifiche. Se un neurone esprimesse più recettori contemporaneamente, i segnali nel cervello verrebbero confusi, compromettendo la loro precisa percezione olfattiva.
La scoperta sulla selezione dei recettori nelle formiche
Gli scienziati che studiano la formica clonal raider hanno identificato il processo unico con cui ogni neurone seleziona un solo recettore da una vasta libreria genetica. Lo studio, pubblicato su Current Biology, risolve il mistero di come le formiche mantengano chiari i segnali sensoriali.
“Stiamo descrivendo una nuova forma di regolazione genica,” afferma Daniel Kronauer, direttore del Laboratorio di Evoluzione Sociale e Comportamento del Rockefeller. “I nostri risultati dimostrano l’importanza di studiare specie modello meno convenzionali. Abbiamo scoperto nuovi fenomeni molecolari fondamentali nelle formiche clonal raider che non avremmo potuto osservare nelle mosche della frutta.”
Un recettore, un neurone: il principio centrale
Ogni neurone sensoriale deve avere una propria identità molecolare. “È una sorta di dogma nella neuroscienza sensoriale,” spiega Giacomo Glotzer, studente presso il laboratorio di Kronauer. “Ogni neurone esprime tipicamente un solo recettore, e questo definisce la sua identità.”
Le specie diverse risolvono il problema del “un recettore per neurone” in modi differenti. Le mosche della frutta utilizzano interruttori molecolari che attivano o disattivano singoli geni, mentre i mammiferi seguono un metodo più caotico, rimescolando casualmente la cromatina fino a rendere accessibile un solo gene recettore.
Per le formiche, tuttavia, la strategia era ancora sconosciuta. A differenza delle mosche della frutta, che possiedono circa 60 recettori olfattivi, le formiche ne hanno diverse centinaia, molti dei quali raggruppati in cluster di geni quasi identici. In un contesto così complesso, strategie semplici come quella della mosca rischierebbero di attivare più geni contemporaneamente, confondendo il sistema olfattivo.
Il meccanismo molecolare scoperto
Il team ha analizzato i tessuti antennali delle formiche clonal raider utilizzando RNA sequencing e RNA fluorescence in situ hybridization, identificando quali geni erano attivi e localizzandoli nell’antenna. Grazie a tecniche molecolari e computazionali avanzate, gli scienziati hanno osservato che, quando un neurone attiva un gene recettore, la RNA polimerasi continua oltre il gene scelto, generando trascritti “readthrough” che rimangono intrappolati nel nucleo e silenziano i geni a valle.
Parallelamente, il neurone produce RNA antisenso in direzione opposta, bloccando l’attivazione dei geni a monte. Questo crea una sorta di scudo genetico intorno al recettore selezionato, garantendo la sua singolare identità.
“Abbiamo scoperto che questa strategia serve a silenziare l’ambiente genomico locale, conferendo al neurone il suo recettore unico,” spiega Parviz Daniel Hejazi Pastor, ricercatore del laboratorio Kronauer.
Oltre le formiche clonal raider
Il team ha confermato che lo stesso meccanismo opera anche in altri insetti sociali, come la formica saltatrice indiana e l’ape. Ciò suggerisce che molti insetti, sociali e non, utilizzino l’interferenza trascrizionale per mantenere il rapporto 1:1 tra recettori e neuroni.
“Questo meccanismo potrebbe essere più diffuso di quanto pensassimo, specialmente tra specie con un vasto repertorio di geni per i recettori olfattivi,” aggiunge Kronauer. “È persino possibile che le mosche della frutta siano l’eccezione.”
Implicazioni della scoperta
La ricerca ha rilevanza ben oltre l’olfazione delle formiche. Dimostrando che cluster di geni correlati possono essere regolati con protezioni bidirezionali—readthrough che silenzia i geni a valle e trascrizione antisenso che blocca quelli a monte—lo studio offre un modello su come i genomi mantengano sotto controllo grandi famiglie di geni.
Inoltre, questa regolazione genica potrebbe spiegare come le formiche amplino rapidamente la loro percezione olfattiva, integrando nuovi recettori senza necessità di evolvere nuovi meccanismi regolatori.
“Una volta che il sistema è in funzione, può diventare più complesso senza disturbare nulla,” conclude Kronauer. “Questo tipo di regolazione contribuisce a permettere alle formiche di evolvere nuovi recettori olfattivi in tempi relativamente brevi.”