Quali sono i meccanismi evolutivi tramite i quali, in una colonia di formiche, alcune crescono più delle altre, sviluppando delle caratteristiche fisiche diverse? Ehab Abouheif, biologo evolutivo dello sviluppo alla McGill university di Montréal studia da anni questi animali e in un lavoro del 2018 pubblicato su Nature aveva fatto alcune scoperte illuminanti per capire cosa determinasse la crescita differente di specifiche parti del corpo all'interno di una colonia di formiche della stessa specie. In particolare, la differenza principale è quella tra le formiche operaie e quelle soldato, perché nonostante entrambe non siano dotate di ali, le seconde sono molto più grandi delle prime, specialmente per quanto riguarda la dimensione della testa.

La specie che Abouheif aveva preso in considerazione è quella delle Pheidole absurda. Quando aveva iniziato studiare di questi animali, Abouheif si stava occupando principalmente di scoprire quali fossero le condizioni genetiche e ambientali per cui solo ad alcune formiche, in fase di sviluppo, crescevano le ali.

Nelle colonie, infatti, le formiche sono divise in caste. Ad avere le ali sono solo le regine, che hanno una vita lunga durante la qulae depongono migliaia di uova, e i maschi, i quali muoiono subito dopo l'accoppiamento. Il resto della colonia è quindi abitata da femmine sterili prive di ali, di cui il 95% è costituito da formiche operaie di piccole dimensioni. Quel restante 5%, che in caso di necessità raggiunge anche il 10%, è composto dalle formiche soldato, che hanno un corpo grande il doppio rispetto a quello delle formiche operaie, sono dotate di mascelle più sviluppate e hanno il compito di difendere il formicaio dagli attacchi esterni.

Mentre stava cercando di capire cosa causasse lo sviluppo delle ali nelle regine e nei maschi, Abouheif aveva individuato in loro delle strutture presenti già allo stato larvale chiamate dischi immaginali alari, che durante la crescita si trasformavano in ali. Si rese anche conto, però, che come riportavano studi precedenti questi dischi immaginali apparivano allo stato larvale anche nelle formiche soldato, anche se in quei casi, al contrario, non diventavano ali e scomparivano in età adulta.

Siccome invece nelle formiche operaie questi organi rudimentali non erano presenti neanche allo stato larvale, Abouheif si chiedeva se la loro presenza nelle formiche soldato fosse collegata in qualche modo allo sviluppo di altre caratteristiche fisiche, come la maggiore dimensione e la diversa inclinazione delle loro teste. Ha deciso allora di approfondire lo studio sulla funzione dei dischi immaginali alari nelle formiche soldato con degli esperimenti durati anni.

For this I owe a tremendous thanks to all my mentors, advisors, and students past and present for an amazing journey to the ants. #mentorshipmatters. evo-devo is an exciting and welcoming field, please join us @euroevodevo @EvoDevoPanAmhttps://t.co/hfTYwt0sJK

— Ehab Abouheif (@ehab_abouheif) September 27, 2020

Le sue ricerche sembrano aver confermato questa tesi. Infatti, quando Abouheif e il suo team hanno provato a rimuovere i dischi immaginali alari dalle larve delle formiche soldato in via di sviluppo, le loro teste e i loro corpi non sono cresciuti come quelli delle loro simili. Inoltre, hanno anche notato che quelle a cui erano stati rimossi parzialmente questi organi rudimentali raggiungevano una dimensione intermedia tra quella delle normali formiche soldato e di quelle operaie.

Restava però un'altra questione che Abouheif intendeva affrontare: cosa determinava la proporzione, all'interno di una colonia, tra formiche soldato e formiche operaie? In altre parole, lo scienziato aveva scoperto che la percentuale di formiche soldato, che solitamente era del 5% contro il 95% di formiche operaie, saliva al 10% quando la colonia era minacciata da invasioni da parte di altre specie. Eppure, notava Abouheif, la percentuale non superava mai il 10%. Quali erano i meccanismi biologici che regolavano la quantità di formiche soldato presenti nei ranghi e a mantenerla sempre stabile?

I risultati dei suoi studi suggeriscono che la spiegazione di questo fenomeno sia legata alla presenza in un feromone inibitorio, cioè una sostanza chimica che le formiche emettono per bloccare la crescita dei dischi immaginali sulle larve impedendo così la nascita di nuove formiche soldato. È così che nelle colonie si mantiene stabile la proporzione tra queste e le formiche operaie.

Le tappe successive della ricerca di Abouheif e del suo team comprendono lo studio dei meccanismi molecolari tramite i quali i dischi immaginali sono collegati allo sviluppo della testa e del corpo delle formiche soldato e un'indagine più approfondita di quelle formiche di taglia intermedia ottenute in laboratorio tramite la rimozione parziale dei dischi immaginali, per capire se il loro comportamento si avvicina di più a quello delle formiche operaie o a quello delle formiche soldato.

Purtroppo, però, la ricerca di Abouheif al momento è sospesa a causa della chiusura del confine tra Canada e Stati Uniti in seguito all'emergenza sanitaria. Come scrive in un articolo pubblicato su Nature, infatti, gli esemplari di cui ha bisogno per continuare la sua ricerca si trovano negli Stati Uniti meridionali, ma riuscirà ad accedervi in tempo, prima che le colonie già presenti nel suo laboratorio smettano di sopravvivere?