Foto: Philipp Hoenle, CC0, via Wikimedia Commons

Anoplolepis gracilipes è comunemente chiamata formica pazza gialla per via dei movimenti erratici che i membri di questa specie compiono se disturbati. È una delle più di trecento specie di formiche riconosciute come invasive, che hanno cioè lasciato il loro ambiente originario e hanno colonizzato, con successo, nuovi ecosistemi. A. gracilipes ha grande successo nell’invadere nuovi ambienti, e la sua presenza rappresenta un grave rischio per l’equilibrio degli ecosistemi nei quali si stabilisce. Ma, come hanno mostrato recenti studi, il nome non è l’unica stranezza di questa specie, una delle più di 15.700 specie conosciute di formiche che popolano il pianeta.

Bizzarrie riproduttive

Tutte le specie di formiche, come molte altre appartenenti all’ordine degli imenotteri, condividono due caratteristiche fondamentali: sono eusociali (formano colonie i cui individui sono altamente cooperativi) e aplodiploidi. Quest’ultimo aggettivo sta ad indicare che gli esemplari maschi e gli esemplari femmine seguono due diversi processi di sviluppo. I maschi si formano a partire da uova non fecondate: ricevono perciò il patrimonio genetico di un solo genitore (la madre). Le cellule di questi esemplari contengono dunque una sola copia di ogni cromosoma, una condizione che viene definita aploidia. Le femmine, al contrario, nascono da uova fecondate: le loro cellule contengono due copie di ogni cromosoma – una di origine materna e una paterna – e sono dunque diploidi.

La specie A. gracilipes si era già fatta notare, in passato, per le sue particolarità riproduttive, che sembrano direttamente collegate alla straordinaria adattabilità a nuovi ambienti. In primo luogo, è frequente che nelle colonie di questa specie conviva più di una regina, condizione che permette la creazione di ‘supercolonie’ con una grande diversità genetica e un amplissimo numero di individui. In questa specie, inoltre, analisi genetiche avevano messo in luce come vi fossero differenze genetiche tra le regine, le operaie e i maschi riproduttivi. Queste caste, infatti, appartengono a linee genetiche diverse: le regine sono il risultato della fusione tra due cellule parentali appartenenti alla stessa linea genetica (chiamata dai ricercatori “gruppo R”, da royal); le operaie, invece, sono il frutto della fusione tra una linea R e una linea W (da worker). Dunque, le regine ereditano due copie di genoma R da entrambi i genitori, mentre le operaie ereditano una copia R (materna) e una copia W (paterna).

Studi precedenti avevano evidenziato un’ulteriore anormalità: i maschi di A. gracilipes presentano un genotipo molto simile a quello delle “sorelle” operaie, nate da uova fecondate e dunque dotate di doppio corredo genetico. La prima spiegazione ipotizzata è stata che anche i maschi, in questa specie, fossero diploidi. Ma questo avrebbe avuto poco senso da un punto vista evoluzionistico: nelle specie eusociali, i maschi sono allevati dalla colonia soltanto per il loro contributo in termini riproduttivi. Dal momento che i maschi diploidi sono sterili, così come le operaie, allevarli avrebbe richiesto un costo troppo alto in termini di risorse. Una simile situazione può verificarsi in una colonia in cattivo stato di salute, in cui la diversità genetica è bassa. Ma non è questo il caso: tutte le colonie studiate dai ricercatori erano in ottima forma, e si registrava al loro interno un alto tasso di diversità genetica.

Male yellow crazy ants are chimeras of two separate genetic lineages, researchers report in a study that reveals a unique mode of reproduction in this species—one previously unknown to science.

Learn more in a new #SciencePerspective: https://t.co/IgAYU7Pdce pic.twitter.com/HfWOAdo4Oy

— Science Magazine (@ScienceMagazine) April 18, 2023

Una nuova modalità di riproduzione sessuata

Uno studio pubblicato su Science sembra aver risolto il mistero legato ai maschi apparentemente diploidi di A. gracilipes. Un’approfondita analisi genetica su esemplari maschi appartenenti a diverse colonie ha mostrato che in A. gracilipes viene infranta la legge biologica in base alla quale tutte le cellule somatiche (cioè tutte le cellule che compongono il corpo ad eccezione di quelle germinali, coinvolte nella riproduzione) degli organismi multicellulari si formano per clonazione a partire da un singolo zigote che è il risultato della fusione dei due gameti parentali.

Nei maschi di formica pazza gialla, tuttavia, questa condizione non si verifica: tutti i maschi sono aploidi, poiché le cellule germinali presentano solo una copia di ogni cromosoma. Tuttavia, le cellule di ogni singolo individuo presentano genotipi diversi: alcune sono portatrici della linea genetica R, altre di quella W. Insomma, come tutti gli altri maschi di formica, anche i rappresentanti maschili di A. gracilipes presentano un solo cromosoma in ogni cellula (e dunque si può dire siano aploidi); ma, al tempo stesso, il corredo genetico di questi cromosomi è in alcuni casi di ascendenza materna, in altri di ascendenza paterna. Una simile situazione è definita, in biologia, una chimera genetica.

Chimerismo e competizione

Sono chimere quegli individui che contengono, nelle proprie cellule, cromosomi diversi tra loro. Non è una condizione particolarmente rara: è stata osservata in diversi organismi eucarioti, compresi i mammiferi. Tuttavia, spiegano gli autori della ricerca, si verifica solitamente in seguito a rari errori durante il processo di sviluppo, oppure come fusione di individui differenti in uno stadio di sviluppo avanzato (è il caso dei coralli).

Il caso delle formiche pazze gialle è diverso: la formazione di chimere genetiche è ‘normalizzata’ nel processo di sviluppo degli individui, e soprattutto non si realizza attraverso sporadici scambi di materiale genetico, ma in seguito ad un unico evento di fecondazione all’inizio dello sviluppo dell’individuo.

Quel che accade durante le prime fasi dello sviluppo di A. gracilipes, hanno ricostruito i ricercatori, è che anche i maschi si formano da uova fecondate, ma i nuclei delle cellule dei due genitori non si fondono, come avviene per lo sviluppo delle operaie. Invece, rimangono separati, dividendosi indipendentemente all’interno della prima cellula embrionale. In questa specie, dunque, a determinare lo sviluppo di un maschio o di una femmina non è l’avvenuta fecondazione dell’uovo, ma la fusione o meno dei cromosomi parentali dopo la fecondazione. Inoltre, analizzando la distribuzione relativa delle linee R e W nelle cellule somatiche e germinali delle formiche pazze gialle maschio, è emerso come la linea W agisca ‘egoisticamente’ rimpiazzando in gran parte la linea R nelle cellule associate alla riproduzione. Quel che rimane ancora ignoto agli studiosi è quali siano i meccanismi molecolari che determinano la fusione o la separazione all’inizio del processo di sviluppo, e in che modo le due linee ‘competano’ nel distribuirsi tra le cellule durante lo sviluppo embrionale.

Questa inusuale modalità riproduttiva, prima d’ora ignota alla scienza, sembra essere legata all’incredibile successo evolutivo delle formiche pazze gialle. Mantenere separate le linee genetiche grazie al chimerismo dei maschi conferisce alla linea W un notevole vantaggio in termini di successo riproduttivo (quel che i biologi evoluzionisti chiamano fitness), facendo sì che essa permanga all’interno della popolazione nonostante sia normalmente associata alle operaie, che sono sterili. Questo, suggerisce la ricerca, potrebbe rappresentare un vantaggio nella specie nella misura in cui contribuisce a mantenere alta la diversità genetica, evitando fenomeni nocivi come l’effetto collo di bottiglia o l’incrocio tra individui troppo strettamente imparentati.