Sono alti solo pochi centimetri e il loro cervello ha una struttura relativamente semplice con meno di un milione di neuroni. Tuttavia, le formiche del deserto del Cataglifi possiedono abilità che li distinguono da molte altre creature: gli animali sono in grado di orientarsi nel campo magnetico terrestre.
Cambiamenti visibili nel sistema nervoso
Lo ha scoperto qualche anno fa un gruppo di ricerca della Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU). Finora però non si sapeva dove venissero elaborate le informazioni magnetiche nel cervello delle formiche. Ora la situazione è cambiata: in un nuovo studio pubblicato sulla rivista PNAS – Atti dell’Accademia Nazionale delle Scienzeil team mostra che le informazioni sul campo magnetico terrestre vengono elaborate principalmente nella bussola interna delle formiche, il cosiddetto complesso centrale, e nei corpi dei funghi, i centri di apprendimento e memoria degli animali.
Il professor Wolfgang Rössler, titolare della cattedra di fisiologia comportamentale e sociobiologia dell’Università di Würzburg, la dott.ssa Pauline Fleischmann, ex scienziata della cattedra di fisiologia comportamentale e sociobiologia e ora membro del gruppo di lavoro Neurosensoria/navigazione animale dell’Università di Oldenburg e il dottor Robin Grob, che da allora è passato dalla cattedra di Rössler all’Università norvegese di scienza e tecnologia di Trondheim, sono stati responsabili di questo studio.
Prime passeggiate esplorative per la calibrazione
“Prima che una formica lasci per la prima volta il suo nido sotterraneo e vada in cerca di cibo, deve calibrare il suo sistema di navigazione”, spiega Pauline Fleischmann, spiegando il contesto dell’opera. Durante le cosiddette passeggiate didattiche, gli animali esplorano poi i dintorni immediati attorno all’ingresso del nido e piroettano ripetutamente attorno al proprio asse corporeo con brevi soste intermedie. Durante queste pause guardano sempre esattamente nella direzione dell’ingresso del nido, anche se non possono vederlo: un minuscolo buco nel terreno.
Grazie ai loro studi sul campo nel sud della Grecia, dove Cataglifi sono autoctone, Fleischmann e i suoi colleghi sono stati in grado di dimostrare che le formiche del deserto si orientano verso il campo magnetico terrestre durante la fase di cammino di apprendimento. Pauline Fleischmann e Robin Grob erano ancora una volta sul posto in Grecia. Questa volta, però, non solo hanno studiato il comportamento di orientamento delle formiche durante la manipolazione del campo magnetico, ma hanno anche cercato cambiamenti nel sistema nervoso delle formiche. Cataglifi come espressione dell’esperienza appena acquisita.
Un campo magnetico difettoso interrompe il processo di apprendimento
Gli zoologi si sono concentrati sui giovani lavoratori che non avevano ancora intrapreso alcuna passeggiata didattica. Gli animali potevano partire solo nell’ambito di esperimenti accuratamente pianificati, a volte in condizioni naturali, a volte in un campo magnetico costantemente manipolato che, ad esempio, mostrava direzioni caotiche o non consentiva l’orientamento orizzontale. Con queste informazioni direzionali errate non era adatto come sistema di riferimento affidabile per il comportamento delle formiche guardare indietro all’ingresso del nido durante le passeggiate didattiche.
Il risultato: “Le nostre analisi neuroanatomiche del cervello mostrano che le formiche esposte a un campo magnetico alterato hanno un volume più piccolo e meno complessi sinaptici in un’area del cervello responsabile dell’integrazione delle informazioni visive e dell’apprendimento, il cosiddetto corpo del fungo”, spiegano Fleischmann e Grob. Nel complesso centrale, la regione del cervello della formica in cui è ancorato l’orientamento spaziale, gli stessi risultati sono stati osservati in determinate condizioni.
Il numero di connessioni sinaptiche aumenta
Le formiche del deserto a cui fu permesso di fare le loro prime escursioni in condizioni naturali erano chiaramente diverse. Le loro esperienze sensoriali, una combinazione di informazioni sul campo magnetico, sulla posizione del sole e sull’ambiente visivo, hanno innescato un processo di apprendimento accompagnato da cambiamenti strutturali nei neuroni e da un aumento delle connessioni sinaptiche nelle suddette regioni del cervello.
Ciò porta secondo gli scienziati alla conclusione che l’informazione magnetica non serve solo come bussola per la navigazione, ma anche come sistema di riferimento globale, fondamentale per la formazione della memoria spaziale.
Alla ricerca dell’organo di senso
I risultati dei loro esperimenti dimostrano “che le formiche hanno bisogno di una bussola magnetica funzionante durante le loro passeggiate didattiche per calibrare la loro bussola visiva e allo stesso tempo immagazzinare immagini dell’ambiente del nido nella loro memoria a lungo termine”, come Pauline Fleischmann e Robin Grob Dire. Allo stesso tempo, la loro ricerca si estende ben oltre il campo della calibrazione della bussola nelle formiche. Wolfgang Rössler sottolinea che “i risultati forniscono preziose informazioni su come gli stimoli multisensoriali possono influenzare la plasticità neuronale dei circuiti cerebrali per la navigazione in una fase critica della maturazione cerebrale”.
In una fase successiva, il team vuole ora indagare in quale organo sensoriale la formica del deserto riceve le informazioni magnetiche e attraverso quali percorsi sensoriali queste vengono trasmesse ed elaborate. Ciò non è stato ancora raggiunto con nessuna specie animale che si orienta rispetto al campo magnetico terrestre. A causa del loro sistema nervoso gestibile e relativamente piccolo, gli insetti, a cui Cataglifi appartiene, offrono un’opportunità unica per studiare le basi neuronali dell’orientamento magnetico a tutti i livelli.
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