Le formiche gialle invasive "pazzoidee" creano "chimere" maschili per riprodursi.

Le formiche gialle pazze infrangono le regole della riproduzione.

Ogni formica maschio contiene popolazioni separate di cellule provenienti da due linee genetiche distinte, rendendoli “chimere”, riportano i ricercatori del 7 aprile su Science. Le formiche gialle pazze (Anoplolepis gracilipes) sono le prime specie conosciute che richiedono il chimerismo per creare maschi fertili.

È “una risposta elegante ai tipi di sistemi di accoppiamento insoliti che abbiamo osservato in altre formiche”, afferma l'evoluzionista genetico Waring “Buck” Trible dell'Università di Harvard, che non ha partecipato allo studio. “Potremmo considerarlo come il prossimo passo evolutivo” nelle formiche.

La maggior parte degli animali si sviluppa da una cellula spermatica e una cellula uovo che si uniscono in una, combinando il loro DNA. Man mano che una creatura cresce, tutte le cellule successive, ad eccezione delle cellule sessuali, portano due serie di cromosomi portanti DNA, uno da ciascun genitore. In altre parole, queste cellule somatiche portano tutte le stesse informazioni genetiche. Le cellule spermatiche e delle uova contengono solo un set di cromosomi.

Tuttavia, in molte formiche, insieme ad altri insetti come vespe e api, solo le femmine hanno cellule somatiche con paia di cromosomi. I maschi di solito si sviluppano da uova non fertilizzate. Quindi, le loro cellule somatiche detengono solo un set di cromosomi.

Tuttavia, uno studio del 2007 ha scoperto che circa la metà delle formiche maschio gialle pazze campionate possedevano due diverse copie degli stessi geni, proprio come le formiche operaie femmine della specie.

Ma “non aveva senso che tutti i maschi di questa specie fossero diploidi”, o avessero due serie di cromosomi in ogni cellula somatica, dice l'evoluzionista biologo Hugo Darras dell'Università di Johannes Gutenberg di Magonza in Germania. Quando ciò accade in altre formiche, i maschi sono di solito sterili, dice. “Nessuno aveva spiegazioni.”

Quindi, Darras e i suoi colleghi hanno raccolto centinaia di formiche gialle pazze provenienti dall'Asia orientale e sud-orientale. Analizzando le femmine - regine e operaie - hanno rivelato che la noblezza in questa specie ha una fonte genetica. Le regine riproduttive provenivano dalla combinazione di spermatozoi e cellule uovo dalla stessa linea, che i ricercatori hanno chiamato R. Le lavoratrici erano ibridi delle due diverse linee, chiamate W. In altre parole, le lavoratrici avevano genomi R/W, mentre le regine avevano genomi R/R.

In linea con lo studio precedente, i ricercatori hanno identificato maschi R/W. Ma hanno anche scoperto che le cellule somatiche dei maschi hanno solo un set di cromosomi, come in altre specie di formiche. Estrarre il DNA dalle singole cellule ha mostrato che invece di avere paia di cromosomi all'interno delle cellule, ogni cellula contiene cromosomi solo da una delle due linee.

Ulteriori esperimenti hanno scoperto che le cellule R e W sono distribuite in modo ineguale in tutto il corpo dei maschi. Mentre la maggior parte del corpo conteneva maggioranza di cellule R, quasi il 75 per cento sulla base del tessuto campionato, il rapporto si è quasi invertito nello sperma - il 65 per cento era di cellule W.

Dal momento che sia le lavoratrici che i maschi provengono dalla combinazione di sperma W con le uova R, il sesso dipende dal fatto che i loro pacchetti di DNA, o nuclei, si uniscano. La fusione crea una femmina. Ma il mancato accoppiamento fa sì che i due nuclei si dividano separatamente all'interno della stessa uovo, producendo un maschio.

Non è chiaro per quale motivo questa modalità di riproduzione mai vista prima sia evoluta in queste formiche. “Rifiutandosi di fondersi con la cellula uovo, [gli spermatozoi] potrebbero aumentare la loro produzione riproduttiva”, afferma Trible. Le formiche operaie femmine sono sterili e quindi non possono trasferire il genoma W.

“Pensiamo che sia forse un'interazione tra due genomi in conflitto ma a volte collaborante”, dice Darras. Queste linee distinte potrebbero essersi evolute indipendentemente in due popolazioni di formiche separate che si sono eventualmente mescolate. O potrebbero essersi avviate con geni simili che si sono divergenti nel tempo, aggiunge. “Ma sembra che i genomi interi siano separati e non scambino alcun materiale genetico.”

Questo strano metodo di riproduzione potrebbe essere vantaggioso per le popolazioni di formiche, portando alla definizione di formiche gialle pazze come una delle peggiori specie invasive al mondo (SN: 9/15/09). Poiché la fusione dei nuclei R e W si traduce solo in lavoratrici sterili, i genomi non possono mai mescolarsi e essere trasmessi alla prossima generazione. Quindi, le formiche evitano ogni possibilità di accoppiamento tra consanguinei, una caratteristica vista in altre specie invasive di formiche (SN: 2/1/11).

Chimere sono state trovate in altre creature, inclusi gli esseri umani, ma di solito è un incidente. Le formiche gialle pazze sono la prima specie conosciuta in cui il chimerismo determina il sesso. Ma alcuni scienziati stimano che ci siano circa 20.000 specie di formiche, e i sistemi riproduttivi della maggior parte non sono stati studiati.

“Questo è un sistema molto speciale”, afferma l'evoluzionista biologo Guojie Zhang dell'Università di Zhejiang a Hangzhou, in Cina, che non ha partecipato alla ricerca. “La domanda sarebbe quanto frequentemente questo sistema può essere osservato in altre linee di formiche.”

La nostra mission è fornire notizie accurate e coinvolgenti sulla scienza al pubblico. Quella missione non è mai stata così importante come oggi.

Come organizzazione di notizie non a scopo di lucro, non possiamo farlo senza di te.

Il tuo sostegno ci consente di mantenere il nostro contenuto gratuito e accessibile alla prossima generazione di scienziati e ingegneri. Investi nel giornalismo scientifico di qualità donando oggi.