La maggior parte delle formiche ha due caste adulte morfologicamente differenziate – regine e operaie – ciascuna specializzata in modo irreversibile per la riproduzione o per l’altruismo non riproduttivo come il foraggiamento, la difesa e la cura della covata materna. Le ginestre adulte (regine vergini) normalmente hanno una massa corporea, ali e occhi frontali più elevati, nonché ovaie ingrandite e un organo di immagazzinamento dello sperma. Al contrario, le operaie sono femmine prive di ali con dimensioni corporee più piccole e tratti riproduttivi degenerati, solitamente senza un organo di conservazione dello sperma. Nel 1910, l’entomologo americano William Morton Wheeler notò nella sua monografia Formiche che le colonie di superorganismi delle formiche sono sorprendentemente analoghe ai corpi dei metazoi perché la regina e le operaie funzionano come linea germinale e soma a un livello più elevato di organizzazione corporea: il livello della colonia.
Siamo molto abituati all’idea che le cellule germinali nel corpo animale vengano accantonate per i loro speciali ruoli riproduttivi subito dopo che un ovulo è stato fecondato e inizia a svilupparsi in un embrione. Nella maggior parte degli insetti sociali con caste distinte di regina (linea germinale della colonia) e operaia (soma della colonia), l’analoga differenziazione evolutiva avviene nello stadio larvale e può ancora essere invertita a livello ormonale. Tuttavia, in alcune colonie di formiche le linee germinali vengono determinate anche prima, nello stadio embrionale (uovo), sollevando la questione se ciò renda la somatizzazione delle operaie irreversibile quanto la somatizzazione delle cellule del corpo animale man mano che lo sviluppo procede.
Un nuovo studio del Dipartimento di Biologia dell’Università di Copenaghen, finanziato da un Villum Investigator Grant, rileva che lo sviluppo delle caste è notevolmente reversibile nelle formiche faraone. Monomorio faraonisuna specie in cui la determinazione della casta avviene nella fase delle uova. “Abbiamo nutrito 237 larve di formiche operaie faraone con dosi controllate di analogo dell’ormone giovanile (JH) durante i 3rd stadio larvale, lo stadio finale dello sviluppo larvale,” dice Ruyan Li, l’autore principale di questo studio. “Abbiamo scoperto che le formiche operaie trattate con ormoni hanno sviluppato molte caratteristiche fisiche simili a quelle delle gine, come una maggiore lunghezza del corpo, tre occhi frontali extra, ali e muscoli del volo, cervelli simili a gine; hanno perfino sviluppato un organo specifico per la conservazione dello sperma, che le operaie di questa specie non hanno mai avuto.”
Tuttavia, a differenza dei ginecologi sviluppati naturalmente, i lavoratori trattati con JH non hanno mai sviluppato le ovaie, l’organo riproduttivo che alla fine distingue i ginecologi dai lavoratori, mostrano che la finestra di sensibilità JH specifica della casta non si sovrappone allo stadio dell’uovo. Lo studio getta anche nuova luce su come i cambiamenti nella sensibilità dello sviluppo per l’ormone della crescita potrebbero aver avuto un ruolo nell’emergere di nuove caste in altre formiche, come i soldati (lavoratori modificati) o i ginecomi permanentemente privi di ali. “Tali nuove caste spesso hanno origine come fenotipi a mosaico che ricombinano tratti ginecologici e lavorativi, che possono diventare permanenti quando la selezione naturale premia un successivo spostamento nella finestra di sensibilità JH”, afferma Guojie Zhang, autore corrispondente dello studio e professore all’Università di Zhejiang in Hangzhou e professore a contratto presso l’Università di Copenaghen.
– “I risultati confermano la forte analogia tra il modo in cui funziona la differenziazione cellulare nei corpi animali e la differenziazione delle caste nelle colonie di formiche. Similmente agli allevatori di animali che non sono ancora riusciti a utilizzare cellule somatiche per produrre nuovi animali, questo studio ha riscontrato limitazioni simili al livello più alto di organizzazione coloniale nelle formiche”, conclude il professor Koos Boomsma dell’Università di Copenaghen, coautore senior dello studio.
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