Enormi sciami di locuste migratrici assumono le proporzioni di disastri naturali e minacciano l’approvvigionamento alimentare di milioni di persone, soprattutto in Africa e in Asia. Come l’ottava delle dieci piaghe bibliche, il Libro di Mosè nell’Antico Testamento descrive già come sciami di locuste oscuravano il cielo e divoravano tutto ciò che cresceva nei campi e sugli alberi. Gli scienziati sospettano che il cannibalismo tra le locuste contribuisca al loro comportamento sciame, e gli sciami quindi si spostano costantemente perché i singoli animali sono sempre in fuga dai conspecifici che li inseguono. “Ci siamo chiesti come questi insetti influenzino il comportamento reciproco all’interno di enormi sciami e se l’olfatto abbia un ruolo. Una base importante per noi è stata la ricerca sulla formazione di sciami di locuste di Iain Couzin del Max Planck Institute for Behavioral Biology di Costanza”. afferma il leader dello studio Bill Hansson, direttore del Dipartimento di neuroetologia evolutiva presso il Max Planck Institute, spiegando il punto di partenza dello studio.
Le locuste migratrici si presentano in diverse fasi: nella fase solitaria gli insetti vivono individualmente e permangono nell’area, mentre nella fase gregaria esibiscono il tipico comportamento brulicante che ben si adatta alla loro denominazione di locuste migratrici. “Nella maggior parte dei casi, le locuste si trovano nella fase solitaria, in cui evitano il contatto fisico con i conspecifici e mangiano relativamente poco cibo. Se la densità della popolazione aumenta a causa delle piogge e del cibo sufficiente, le locuste cambiano il loro comportamento entro poche ore; possono sentire l’odore , vedersi e toccarsi. Questi tre tipi di stimolazione aumentano i livelli di serotonina e dopamina nel cervello delle locuste, facendo sì che le locuste solitarie diventino locuste gregarie aggressive che sono molto attive e hanno un grande appetito. Rilasciano anche feromoni di aggregazione, che alla fine portano allo sciame e rappresenta un’enorme minaccia per la produzione agricola. Il cannibalismo si verifica solo nella fase gregaria”, spiega il primo autore dello studio, Hetan Chang.
Esperimenti comportamentali con la locusta migratrice Locusta migratoria ha mostrato che i tassi di cannibalismo aumentavano con il numero di animali gregari tenuti insieme in una gabbia. Pertanto, esiste una relazione diretta tra densità di popolazione e comportamento cannibalistico. Per scoprire se le locuste gregarie emettono odori particolari che non vengono prodotti nella fase solitaria, il team di ricerca ha analizzato e confrontato tutti gli odori emessi dalla locusta solitaria e da quella gregaria nella fase giovanile. Dei 17 odori prodotti esclusivamente nella fase gregaria, solo il fenilacetonitrile (PAN) si è rivelato essere un segnale olfattivo che ha scoraggiato altre locuste nei test comportamentali. Per un’ulteriore conferma della funzione del PAN, gli scienziati hanno utilizzato locuste geneticamente modificate che non potevano più produrre PAN. “Abbiamo dimostrato che con l’aumentare della densità della popolazione, non solo aumentava il livello di cannibalismo, ma anche gli animali producevano più PAN. Usando l’editing del genoma, siamo stati in grado di eliminare un enzima responsabile della produzione di questo composto. Questo ci ha permesso di confermano il suo forte effetto anti-cannibalistico, perché il cannibalismo è stato nuovamente aumentato in modo significativo quando gli animali non erano più in grado di produrre il composto”, afferma Hetan Chang.
La sfida più grande è stata trovare il recettore olfattivo che riconosce PAN. Poiché le locuste hanno più di 140 geni del recettore olfattivo, il team di ricerca ha dovuto clonare quanti più geni possibile e testarli uno per uno. I test su 49 diversi recettori olfattivi utilizzando più di 200 odori rilevanti hanno infine portato all’identificazione del recettore olfattivo OR70a come rivelatore altamente sensibile e specifico di PAN nella locusta migratrice Locusta migratoria. Esperimenti comportamentali con locuste geneticamente modificate il cui recettore OR70a non funzionava più hanno mostrato un tasso di cannibalismo fortemente aumentato, dovuto al fatto che il segnale di arresto del cannibalismo non può più essere percepito dalle locuste senza il recettore corrispondente.
Un feromone che controlla il cannibalismo è una scoperta assolutamente nuova. Poiché il cannibalismo ha un impatto importante sulle dinamiche degli sciami di locuste, una comprensione fondamentale dell’ecologia della popolazione di questi animali, in particolare l’effetto del PAN, apre nuove possibilità di controllo delle locuste. “Se inibisci la produzione di PAN o la funzione del recettore, potresti indurre le locuste a comportarsi in modo più cannibalistico e potenzialmente controllarsi in quel modo”, afferma Bill Hansson.
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