Tra le formiche europee, la Messor ibericus non è in grado di produrre le femmine operaie senza ibridarsi con i maschi di un altro tipo di formica Messor structur. Per farlo ne clonano il genoma, e poi producono una prole appartenente a specie differenti.
Spesso i fenomeni naturali si spingono oltre la nostra più fervida immaginazione e, tramite i complessi meccanismi che governano l’evoluzione della vita, presentano soluzioni sorprendenti, che sfidano la comprensione diffusa del funzionamento del mondo naturale. In molte occasioni, studiose e studiosi si imbattono in queste mirabilia della natura in modo quasi del tutto casuale.
È quanto accaduto per la scoperta di una modalità di riproduzione animale finora sconosciuta, di cui è stata data notizia con un articolo sulla rivista Nature. La scoperta ha attirato moltissime attenzioni non solo per l’unicità dell’osservazione, ma anche per le domande che solleva.
Protagoniste di questa storia sono due specie di formiche appartenenti al genere Messor, anche note come formiche mietitrici. Si tratta di Messor ibericus e Messor structor, tra loro lontane parenti evolutive: le analisi genetiche indicano che il loro ultimo antenato comune risale a circa cinque milioni di anni fa.
Un gruppo di entomologi guidato da Jonathan Romiguier dell’università di Montpellier, in Francia, ha studiato per anni queste due specie, analizzandone particolarità, abitudini e strategie riproduttive. Entrando nel dettaglio della biologia di Messor ibericus, diffusa nell’Europa meridionale, i ricercatori hanno scoperto qualcosa di inatteso. Questa specie non è in grado di produrre da sola operaie sterili. Nelle formiche, le operaie sono femmine diploidi, che nascono da uova fecondate e possiedono quindi due copie del patrimonio genetico, una di origine paterna e una materna. Sono proprio le operaie a svolgere la maggior parte delle attività essenziali per la sopravvivenza della colonia, dalla raccolta del cibo alla cura delle larve. Per poter generare queste lavoratrici, le regine di formica mietitrice iberica devono mescolare il proprio genoma con quello di un’altra specie – in questo caso, M. structor.
È un fenomeno particolare, ma non sorprendente. Questa modalità riproduttiva, una forma di ibridazione, è già nota alla scienza: avviene in diverse specie viventi ed è già stata osservata tra gli imenotteri (l’ordine di insetti a cui le formiche appartengono, e che comprende anche vespe e api). In tutti i casi conosciuti di ibridazione, però, a prescindere dalle diverse morfologie e funzioni svolte nella colonia, i nuovi individui che la regina dà alla luce sono sempre appartenenti alla stessa specie.
Finora, infatti, si era data per acquisita una legge naturale fondamentale: una specie può generare solo individui della propria specie. La scoperta descritta nello studio, invece, sembra avere tutti i requisiti per sgretolare questo assunto.
Non è raro che le regine di formica attuino, nei confronti dei maschi della propria o di un’altra specie, una forma di “parassitismo sessuale” (anche definito “parassitismo spermatico”)
Dopo anni di osservazioni e verifiche, i ricercatori hanno raccolto prove convergenti che indicano come le regine di Messor ibericus producano discendenti di vario tipo. Da alcune uova nascono femmine ibride, le operaie, che combinano il patrimonio genetico di M. ibericus e M. structor. Da altre uova, non fecondate, nascono maschi di Messor structor, diversi dai loro fratelli e sorelle iberici non solo per forma fisica (fenotipo) ma anche per caratteristiche genetiche, che sono un indicatore determinante per identificare quei maschi come appartenenti a una specie diversa da quella della genitrice.
Non è raro che le regine di formica attuino, nei confronti dei maschi della propria o di un’altra specie, una forma di “parassitismo sessuale” (anche definito “parassitismo spermatico”): una volta raggiunta la maturità sessuale, le regine vergini lasciano la colonia di origine, si accoppiano in volo con i giovani maschi (il famoso volo nuziale) e poi conservano gli spermatozoi “raccolti” durante l’accoppiamento per tutta la vita, che può essere anche piuttosto lunga.
Nel caso della formica mietitrice iberica, l’elemento davvero sconcertante è che le popolazioni in cui sono stati osservati ibridi e maschi appartenenti all’altra specie si trovano in aree geografiche in cui non sono presenti popolazioni di M. structor: questo esclude la possibilità che le regine si accoppino, almeno una volta, con i maschi di una specie diversa. L’unica possibile spiegazione, dunque, è che siano proprio le regine a generare, tramite clonazione, i maschi di M. structor che servono alla specie per produrre delle operaie ibride (con lignaggio paterno di M. structor e discendenza materna di M. ibericus). Questi maschi sono aploidi: contengono, cioè, solo il materiale genetico proveniente dalla linea paterna.
A conferma del fatto che appartengono effettivamente a una specie diversa da quella della madre, i ricercatori hanno trovato un’ulteriore prova genetica: il DNA mitocondriale, che può essere trasmesso solo per via materna. Analizzandolo, gli studiosi hanno potuto stabilire senza ambiguità l’identità della madre di questi individui atipici. L’unica spiegazione è che essi vengano generati attraverso un processo rarissimo, noto come androgenesi, in cui un individuo maschile nasce come copia genetica del solo genitore maschio.
In questo modo, le colonie di formica mietitrice iberica si assicurano l’accesso costante a una risorsa tanto scarsa quanto preziosa in un ambiente che non fa parte dell’areale di distribuzione di M. structor: gli spermatozoi di questa specie, che assicurano la sopravvivenza dell’intera colonia, che non potrebbe andare avanti senza le sue formiche operaie. La relazione tra le due specie si è nel tempo tramutata da una generica coevoluzione a una convivenza obbligata, nella quale M. ibericus è chiaramente dominante. M. structor, invece, sembra mostrare molti dei tratti tipici della domesticazione: sebbene gli esemplari che vivono con i propri simili e quelli che vivono nelle colonie “iberiche” appartengano senza dubbio alla stessa specie, i ricercatori hanno osservato differenze sostanziali tra le due sia nel fenotipo che nel genotipo.
Questa linea domesticata di M. structor sarebbe, secondo i ricercatori, il frutto di un processo evolutivo durato milioni di anni. “Come molte altre specie di formiche mietitrici, probabilmente M. ibericus si è evoluta dapprima verso una forma di parassitismo spermatico obbligato”, che si esplica nell’incapacità di produrre formiche operaie senza ibridare il proprio genoma con quello di altre specie. “In seguito, questa situazione potrebbe essersi evoluta verso una forma di parassitismo sessuale reciproco, in cui tutte le popolazioni coinvolte hanno bisogno dell’altra per potersi riprodurre”.
In questo caso sembra che il gioco sia controllato da M. ibericus, come dimostrano le evidenze: “I nostri dati sul DNA mostrano che le femmine di questa specie impongono i tempi di sviluppo e maturazione degli ovuli maschili”. Ma anche i maschi di M. structor “intrappolati” nelle colonie delle formiche iberiche traggono vantaggio da questa situazione: “I maschi clonati propagano il proprio genoma attraverso gli sforzi riproduttivi e le cure parentali di M. ibericus. In un certo senso, questi maschi sono una forma perfezionata di parassitismo maschile, in quanto sono essenziali per la femmina ‘ospitante’ ma si riproducono a sue spese”. Insomma, quella instauratasi tra le due specie non è più una forma di parassitismo, ma una vera e propria co-dipendenza riproduttiva.
Quella tra queste due specie di formiche è una relazione “più intima e integrata” di tutti i casi più esemplificativi di simbiosi obbligata finora conosciuti e studiati, come la domesticazione di alcune piante e animali da parte degli umani, o la simbiosi tra alghe e funghi che dà origine ai licheni.
Per quanto comprensibile alla luce di una lunga storia evolutiva, questa strategia riproduttiva rimane sorprendente: gli autori della ricerca sottolineano come quella tra queste due specie di formiche sia una relazione “più intima e integrata” di tutti i casi più esemplificativi di simbiosi obbligata finora conosciuti e studiati, come la domesticazione di alcune piante e animali da parte degli umani, o la simbiosi tra alghe e funghi che dà origine ai licheni. Il paragone più calzante, secondo il gruppo di ricerca, è la “domesticazione endosimbiotica di alcuni organelli (come i mitocondri) all’interno delle cellule eucariote”. I maschi clonati di M. structor potrebbero dunque essere considerati come degli organelli della colonia, che andrebbe intesa come un “superorganismo” (cioè un insieme di individui che cooperano in modo strettamente integrato, come se fossero, appunto, un unico organismo).
Teorizzare l’esistenza di un (super)organismo composto dai genomi integrati di due specie diverse mette radicalmente in discussione alcuni dei concetti fondanti della biologia: il concetto di individualità, i cui contorni si fanno sempre più sfumati, e anche quello di specie. Come ha affermato il biologo evoluzionista Chris Smith in un commento allo studio pubblicato sulla rivista Science, queste nozioni sono solo “costrutti sociali” creati da noi umani per comprendere il mondo naturale – nozioni di cui la natura non si preoccupa.
La scoperta dell’insolita biologia riproduttiva delle formiche mietitrici ci ricorda come, spesso, la vita, nella sua infinita varietà, sfugga ai nostri tentativi di incasellarla entro categorie e definizioni.
