I maschi delle formiche pazze gialle possiedono due corredi genetici in “guerra” fra loro

Le formiche pazze gialle (Anoplolepis gracilipes) sono una specie d'insetto estremamente studiata dai ricercatori. Oltre infatti ad essere fra le specie più invasive, capaci di arrecare seri danni all'agricoltura di diversi paesi come Australia e Giava, una nuova ricerca ha appena scoperto una verità incredibile che li riguarda: i maschi delle loro colonie sono delle "chimere", ovvero presentano una miscela estremamente complessa di cellule che possiedono due lignaggi genetici differenti.

Gli autori della ricerca, pubblicata su Science, commentando la scoperta, hanno persino utilizzato la parola "guerra" per descrivere il rapporto conflittuale esistente fra questi lignaggi all'interno della specie.

Tutti gli organismi multicellulari si sviluppano infatti tipicamente da una singola cellula, frutto della fusione di uno spermatozoo e un ovulo. Questo semplice atto permette lo sviluppo nel tempo un organismo composto da cellule che hanno tutte lo stesso materiale genetico: metà del padre e metà della madre. I maschi di A. gracilipes non seguono però questa regola e sono unici gli animali a presentare alcune cellule contenenti solo genoma paterno e altre solo quello materno, appunto delle chimere.

non perderti questo video

Le prime immagini dei figli dell’orsa Amarena dopo l’ibernazione: sono due maschi in salute

Di "organismi chimerici" in realtà ne esistono molti, ma queste formiche sono una vera e propria rarità. Si definisce chimera in biologia un animale che ha due o più popolazioni differenti di cellule geneticamente distinte originate da diverse cellule sessuali. Solitamente questo, però, vale solo per piccole porzioni di DNA, mentre i maschi di A. gracilipes sono i primi animali in cui è stata osservata questa caratteristica per l'intero genoma.

Questa peculiarità genetica è talmente importante da condizionare persino il loro ruolo all'interno della colonia. «È un stranezza della biologia di questi insetti che non ha eguali in tutti gli altri animali, per quanto ne sappiamo», afferma Daniel Kronauer, biologo della Rockefeller University di New York City che è stato il primo a studiare questo aspetto nella specie.

Kronauer aveva infatti notato qualche anno fa che i maschi provenienti da alcune colonie presenti in Oceania presentavano due diverse sequenze genetiche all'interno del loro genoma, che era possibile identificare tramite dei marcatori genetici. Immediatamente sospettò che la specie presentasse la "diploidia", ovvero una condizione comune in molti altri animali, compreso l'uomo, ma assente fra le formiche. Un organismo diploide possiede nelle proprie cellule due copie del materiale genetico e la maggior parte delle formiche presenta maschi che si sviluppano da uova non fecondate che hanno una sola copia del genoma.

«In genere i maschi diploidi sono poco comuni fra le formiche, in quanto tale stato produce in loro sterilità e di solito nascono da uova non fecondate. Nei mammiferi invece la diploidia è obbligata – ha spiegato Hugo Darras, biologo evoluzionista dell‘Università Johannes Gutenberg di Mainz in Germania e altro autore dello studio – Era davvero strano, però, che tutti i maschi di questa specie fossero diploidi. Non aveva alcun senso per noi». Per capire quindi l'origine di questo fenomeno, Darras e gli altri scienziati del suo team hanno analizzato le singole cellule di alcune formiche pazze gialle raccolte nel sud-est asiatico.

I risultati di questa indagine hanno permesso così di capire che ogni cellula presente all'interno di un esemplare di sesso maschile è considerabile in realtà come una "finta diploide". Sebbene la formica possieda entrambi i corredi genetici, ogni cellula presenta solo una versione del genoma: del padre o della madre.

Approfondendo ancora lo studio i ricercatori hanno scoperto che alcune cellule ospitano esclusivamente il genoma che possiede il cromosoma "R", mentre altre cellule portano invece il cromosoma "W", che è tipico delle operaie. Gli scienziati hanno scelto quindi di dare alle differenti cellule i nomi dei cromosomi che li caratterizzano: cellule W e cellule R. Questi cromosomi sono molto importanti perché la loro combinazione definisce lo status sociale del singolo individuo all'interno della struttura piramidale che viene guidata solitamente dalle regine, una scoperta che ha sconvolto Kronauer e Darras profondamente.

Come chiariscono gli studiosi questa condizione è possibile grazie alla particolare strategia riproduttiva di questi insetti. Innanzitutto le cellule R sono sovra-rappresentate nei tessuti dei maschi, mentre le cellule W sono presenti in gran numero solo nel loro sperma. Inoltre tutte le uova della regina di A. gracilipes portano una copia del genoma R.

Quando un uovo viene fecondato da uno spermatozoo con un genoma R, fenomeno molto raro, si svilupperà una regina, mentre qualora l'ovulo venisse inseminato con uno spermatozoo W, la specie presenta due possibili esiti: in un caso i nuclei delle cellule sessuali si fondono sviluppando una formica operaia diploide, nell'altro invece i nuclei non si fondono e l'uovo si sviluppa come un maschio chimerico, che è in grado di riprodursi con le regine.

Visto che questi maschi dopo la maturazione sessuale produrranno però spermatozoi in parte W e in parte R, al momento della fecondazione si osserverà una vera e propria disputa fra i differenti lignaggi genetici. Gli spermatozoi W e R sembrano essere impegnati in una guerra evolutiva che li accompagna probabilmente da migliaia di anni, un conflitto che ha come obiettivo quello di raggiungere il maggior numero possibile di ovuli e di trasmettere alla discendenza la propria versione del genoma.

In questa guerra sembra che a "vincere" temporaneamente sia il lignaggio W, ma le ragioni che hanno originato questo conflitto tra geni non sono ancora chiare. Secondo Kronauer il chimerismo potrebbe contribuire alla capacità della specie di adattarsi a molteplici ecosistemi e ai rapidi cambiamenti di temperatura, ma gli altri scienziati sono scettici rispetto a questa affermazione.

Infine, non è ancora molto chiaro quale sia la via biologica che permette ad alcuni nuclei di fondersi mentre altri non riescono a farlo. «C'è così tanto che non sappiamo», conclude Durras che però è certo che il destino di una formica di sesso femminile in questa specie è legato a doppio filo con la tipologia di spermatozoo che ha fecondato il suo uovo. Insieme alla sua equipe e ai diversi colleghi con cui ha collaborato, Durras promette che la prossima fase della ricerca sarà legata ad approfondire le questioni irrisolte.