Le formiche hanno da quattro a cinque volte più recettori degli odori rispetto alla maggior parte degli altri insetti, ha scoperto un team di ricercatori.
Il team di ricerca, guidato da Lawrence Zwiebel a Vanderbilt, ha recentemente completato la prima prima mappa completa del sistema olfattivo che fornisce alle formiche il loro senso del gusto e dell’olfatto. Hanno scoperto che gli insetti industriosi hanno geni che rendono circa 400 distinti recettori odoranti, proteine speciali che rilevano diversi odori. In confronto, le falene di seta hanno 52, le mosche della frutta hanno 61, le zanzare vanno da 74 a 158 e l’ape ha 174.
“Il momento più emozionante per me è stato quando l’analisi è tornata mostrando che avevamo identificato più di 400 O geni, il maggior numero di specie di insetti conosciute”, ha detto Xiaofan Zhou, il ricercatore associato che ha diretto il processo di caratterizzazione. “Significava che avevamo fatto con successo il primo passo verso l’acquisizione di un nuovo livello di comprensione del complesso sistema sociale che ha reso le formiche una delle famiglie di maggior successo del pianeta.”
le Persone hanno a lungo affascinato e ispirato da formiche capacità di formare altamente organizzato colonie con la divisione del lavoro, la comunicazione tra gli individui e la capacità di risolvere problemi complessi. Per qualche tempo, gli scienziati hanno anche saputo che la comunicazione chimica svolge un ruolo importante nel comportamento delle formiche. “Quindi è una ragionevole supposizione che questa drammatica espansione della capacità di rilevamento degli odori sia ciò che ha permesso alle formiche di sviluppare un livello così alto di organizzazione sociale”, ha detto Laurence Zwiebel, professore di scienze biologiche, che ha diretto il nuovo studio pubblicato nell’agosto. 30 numero della rivista PLoS Genetics.
Il team di Zwiebel ha caratterizzato i sistemi olfattivi di due specie di formiche distintamente diverse come parte di un progetto interdisciplinare intitolato “Epigenetica del comportamento, longevità e organizzazione sociale nelle formiche”, diretto da Danny Reinberg della New York University e finanziato dall’Howard Hughes Medical Institute. Nel 2010, il progetto ha sequenziato i genomi delle due specie – la formica carpenter della Florida (Camponotus floridanus) e la formica saltatrice indiana (Harpegnathos saltator) – per la prima volta. Questo sforzo ha posto le basi per rendere possibile lo studio olfattivo dettagliato.
Il sistema olfattivo maggior parte degli insetti è stata centrata in loro antenne ed è sostanzialmente costituito da tre diverse classi di recettori: recettori odorant (ORs), che identificano i diversi composti aromatici e feromoni; recettori gustativi (GRs), che si distinguono tra di gusti e di reagire ad alcuni feromoni; e recettori ionotropici del glutammato recentemente scoperti (IRs), che sono strettamente sintonizzati su vari composti velenosi e tossici. Lo studio ha rilevato che l’espansione primaria nel sistema olfattivo della formica è focalizzata sulle ORs. Il numero di GRs e IRs sono paragonabili a quelli trovati in altri insetti.
L’analisi automatica iniziale dei due genomi formica trovato solo circa 100 geni per ORs e dieci GRs. “Sapevamo che questi numeri erano bassi perché i recettori olfattivi sono molto difficili da identificare”, ha detto Zhou. Così lui ei suoi colleghi hanno progettato un nuovo processo bioinformatico automatizzato per questo scopo, combinato con un’ampia valutazione manuale.
I ricercatori hanno anche confrontato l’identità e i livelli di espressione di ORs nelle due specie e trovato differenze significative. Questo non è stato sorprendente perché le due specie sono state selezionate per riflettere l’alto livello di diversità che esiste all’interno della famiglia delle formiche. Le formiche carpentiere vivono in grandi colonie con regine longeve che producono tutte le uova fecondate. Ci sono due caste di lavoratori sterili. Quando la regina muore, anche la colonia. Le formiche saltatrici, al contrario, vivono in piccoli gruppi, la differenza tra la regina e i lavoratori èlimitato, e alcuni lavoratori possono accoppiarsi e deporre uova fecondate. ” Le differenze nei recettori sono probabilmente associate alla differenza negli stili di vita delle due specie”, ha detto Zhou.
Allo stesso modo, la loro analisi ha trovato importanti differenze nelle RUP nelle antenne di maschi e femmine. Nel complesso, hanno scoperto che i maschi hanno solo un terzo del numero di OR che le femmine esprimono. ” Il ruolo primario dei maschi è la fecondazione delle uova, quindi assumiamo che le RUP che i maschi esprimono e che le femmine non sono probabilmente sintonizzate sui feromoni prodotti dalla regina”, ha detto Zhou.
Il team ha anche intrapreso i primi passi nell’identificare i segnali chimici che hanno innescato OR specifiche. Il ricercatore Jesse Slone ha adattato un test che il gruppo ha inizialmente sviluppato per abbinare le OR con i segnali chimici nella zanzara della malaria. Il test prevede l’inserimento del gene per un recettore nelle uova di rana in modo che i recettori siano espressi sulla superficie dell’uovo. Collegando le uova e quindi esponendole a diversi composti chimici, le uova producono un segnale elettrico misurabile quando il recettore viene attivato.
Slone ha usato questo test per identificare i composti che innescano una o su ciascuna delle specie di formiche. Ha scoperto che un composto aromatico trovato nell’anice ha innescato la sala operatoria dalla formica che ha testato. I recettori sono stati trovati sia nei maschi che nei lavoratori. Poiché gli studi hanno dimostrato che l’olio di anice ha un effetto repellente e/o insetticida su alcune specie di insetti, il composto può essere un repellente per insetti generale che questo O è progettato per rilevare, ipotizza Slone.
In confronto, l’OR dalla formica falegname si è rivelato reagire a un odorante naturale trovato in carne di manzo e maiale cotti. Gli scienziati non hanno idea del perché questo composto sia rilevante per le formiche, ma hanno stabilito che il recettore specifico è migliorato nei lavoratori, rispetto ai maschi.
” Questo è solo l’inizio. Ma abbiamo dimostrato che abbiamo gli strumenti di base di cui abbiamo bisogno per agire come” O detective “per mappare lo spazio degli odori delle formiche e identificare i segnali chimici che innescano comportamenti specifici nell’ampio repertorio della formica”, ha detto Slone.
Questo rappresenta l’apertura di un nuovo importante ricerca avenue per il Zwiebel Lab, che si è concentrata sul lavoro pionieristico di destrutturare il sistema olfattivo della malaria mosquito. “Quando ero alla scuola di specializzazione, un gruppo di noi sognava di decifrare il ruolo che i geni potrebbero svolgere nel comportamento sociale delle formiche. Quindi non potevo perdere questa opportunità quando è arrivata. Ci sono voluti 30 anni, ma finalmente siamo arrivati al punto in cui possiamo effettivamente fare questi studi.”
Assistente Professore di Scienze Biologiche Antonis Rokis, Professore Shelley Berger, dell’Università della Pennsylvania, Assistant Professor Jürgen Liebig presso la Arizona State University, Assistente ProfessorAnandasankar Ray presso l’Università di California, riva del fiume e il Professor Danny Reinberg presso la New York University ha anche contribuito allo studio, che è stato finanziato dal Howard Hughes Medical Institute.