Trovami e mangiami: le formiche segnalano le malattie incurabili per salvare le loro colonie

Le colonie di formiche operano come "superorganismi" strettamente coordinati, in cui le singole formiche collaborano tra loro, proprio come le cellule di un corpo, per garantirne la salute. Il nuovo studio “Altruistic disease signalling in ant colonies”, pubblicato su Nature Communications da un team di ricercatori austriaci, francesi e tedeschi guidato dall'Institute of Science and Technology Austria (ISTA) ha scoperto che «Le covate di formiche malate terminali, come le cellule infette di un corpo, rilasciano un odore che segnala la loro morte imminente e il rischio che rappresentano. Questo sofisticato sistema di allerta precoce facilita la rapida individuazione e rimozione delle infezioni patogene».

All’ISTA spiegano che «In molti animali sociali, i membri del gruppo cercano di nascondere la propria malattia per evitare l'esclusione sociale. Le formiche, tuttavia, adottano l'approccio opposto. Quando si trovano ad affrontare un'infezione incurabile, le pupe di formica emettono attivamente un segnale di allarme che avverte la colonia del rischio di contagio che stanno per rappresentare. Dopo aver ricevuto il segnale, le formiche operaie rispondono rapidamente estraendo le pupe malate terminali dal bozzolo, creando piccole aperture sulla superficie corporea e applicando il loro veleno antimicrobico, l'acido formico, che funziona come disinfettante autoprodotto. Sebbene questo trattamento uccida immediatamente i patogeni che si moltiplicano all'interno della pupa, ne provoca anche la morte».

La principale autrice dello studio, Erika Dawson dell’Université Sorbonne Paris Nord ed ex postdoc nel gruppo di ricerca "social immunity" dell’ISTA guidato da Sylvia Cremer, fa notare che «Quello che a prima vista sembra un atto di sacrificio è, in realtà, anche vantaggioso per la segnalatrice: protegge le sue compagne di nido, con cui condivide molti geni. Avvertendo la colonia della loro infezione mortale, le formiche malate terminali aiutano la colonia a rimanere sana e a produrre colonie figlie, che indirettamente trasmettono i geni della segnalatrice alla generazione successiva».

Lo studio, condotto in collaborazione con l'ecologo chimico tedesco Thomas Schmitt dell'Universität Würzburg, descrive per la prima volta questa segnalazione altruistica della malattia negli insetti sociali. La colonia di formiche funziona come un "superorganismo", formando di fatto un'unica entità vivente. Mentre una o più regine sono responsabili della prole, le operaie non fertili si occupano di tutti i compiti relativi al mantenimento e alla salute della colonia. Gli scienziato dell’ISTA fanno notare che «Questo rispecchia la specializzazione cellulare del corpo umano, dove le cellule germinali degli organi riproduttivi sono dedicate alla prole, mentre le cellule somatiche svolgono tutte le altre funzioni essenziali. Sia negli organismi che nei superorganismi, le componenti riproduttive e non riproduttive sono completamente interdipendenti, ciascuna essenziale per la sopravvivenza dell'insieme. La cooperazione è quindi essenziale. Proprio come le cellule del nostro corpo, le singole formiche collaborano strettamente, arrivando persino a sacrificarsi altruisticamente per il bene della colonia.

I ricercatori si sono chiesti perché dovrebbe svilupparsi un sistema di allerta precoce così complesso se gli animali malati possono semplicemente isolarsi dalla colonia? La Cremer risponde che «Le formiche adulte che si avvicinano alla morte lasciano il nido per morire fuori dalla colonia. Allo stesso modo, le operaie che sono state esposte a spore fungine praticano il distanziamento sociale. Tuttavia, questo è possibile solo per gli individui mobili. Le covate di formiche all'interno della colonia, come le cellule infette nei tessuti, sono in gran parte immobili e non hanno questa possibilità».

Sia le cellule del corpo umano che la covata delle formiche, come le pupe in via di sviluppo, dipendono dall'assistenza esterna per salvaguardare la colonia. Curiosamente, entrambe affrontano questa sfida in modi simili: emettono un segnale chimico che attrae le cellule immunitarie del corpo o le operaie della colonia, consentendo a questi aiutanti di individuarle ed eliminarle come potenziali fonti di infezione. Gli immunologi lo chiamano il "segnale trovami e mangiami".

La Cremer spiega ancora: «Il segnale deve essere sia sensibile che specifico. Dovrebbe aiutare a identificare tutte le pupe di formica malate in fase terminale, ma essere sufficientemente preciso da evitare di innescare lo spacchettamento delle pupe sane o di quelle in grado di superare l'infezione con il proprio sistema immunitario».

Quali proprietà deve avere un segnale del genere per raggiungere questo livello di precisione? Schmitt, che studia la comunicazione chimica negli insetti sociali, spiega a sua volta che «Le operaie prendono di mira specificamente singole pupe all'interno della covata. Questo significa che l'odore non può semplicemente diffondersi attraverso la camera del nido, ma deve essere direttamente associato alla pupa malata. Di conseguenza, il segnale non è costituito da composti volatili, ma da composti non volatili presenti sulla superficie corporea della pupa. In particolare, l'intensità di due componenti olfattive del profilo olfattivo naturale delle formiche aumenta quando una pupa è in fase terminale».

La Cremer descrive l'approccio sperimentale utilizzato per verificare se, da solo, questo cambiamento di odore potesse innescare il comportamento di disinfezione da parte delle operaie: «Abbiamo estratto l'odore dalle pupe segnalatrici e lo abbiamo applicato alla covata sana. I risultati sono stati conclusivi: il solo trasferimento dell'odore segnale è stato sufficiente a indurre lo spacchettamento da parte delle formiche, rivelando che l'odore corporeo alterato delle pupe mortalmente infette svolge la stessa funzione del segnale "trovami e mangiami" delle cellule corporee infette».

Secondo Dawson, «L'aspetto affascinante è che le formiche non segnalano l'infezione in modo indiscriminato. Le pupe regine, che hanno difese immunitarie più forti delle pupe operaie e possono limitare l'infezione da sole, non hanno emesso questo segnale di avvertimento alla colonia. La covata operaia, d'altra parte, non è stata in grado di controllare l'infezione e ha inviato un segnale per allertare la colonia».

Segnalando solo quando un'infezione diventa incontrollabile, la covata malata consente alla colonia di rispondere proattivamente alle minacce reali. Allo stesso tempo, questo approccio garantisce che gli individui in grado di guarire non vengano sacrificati inutilmente.

La Cremer conclude: «Questa precisa coordinazione tra il livello individuale e quello della colonia è ciò che rende così efficace questa segnalazione altruistica della malattia».