Formiche chirurghe
[Foglie sparse #85] Questi insetti ricorrono all'amputazione per salvare compagne ferite.
Buona domenica!
Questa sarà l’ultima newsletter prima della pausa estiva. Ci rivediamo nella tua casella di posta elettronica a settembre con nuove scoperte, storie e — spero — qualche novità.
Solitamente negli episodi estivi di questo spazio ho sempre preferito inserire consigli di lettura e ascolto ma, nelle scorse settimane, è stata pubblicata una ricerca che non potevo non raccontarti. Le protagoniste sono le formiche che, tra le tante straordinarie capacità, mostrerebbero anche una propensione per la chirurgia d’urgenza. Non indugio oltre, partiamo.
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Chirurgia sul campo di battaglia
Come riportato sul New York Times, all'inizio del 2020 Dany Buffat, studente dell'Università di Losanna in Svizzera, stava osservando una colonia di formiche carpentiere della Florida nel suo laboratorio, quando ha notato qualcosa di strano: una formica stava mordendo la gamba di una compagna. Il tutor di Dany era Erik Frank, attualmente ricercatore nel Dipartimento di Ecologia Animale e Biologia Tropicale dell'Università di Würzburg. Frank inizialmente era scettico e solo visionando il video, che mostrava questo particolare comportamento, ha cominciato a sospettare che ci potesse essere qualcosa di molto interessante da indagare.
Facciamo un passo indietro. Le formiche carpentiere della Florida (Camponotus floridanus) vivono nel sud-est degli Stati Uniti. Sono insetti bruno-rossastri che possono arrivare a 1,5 centimetri di lunghezza. Costruiscono i loro nidi nel legno marcio e li difendono strenuamente dalle colonie di formiche rivali. Si tratta di veri e propri combattimenti in cui ci si può ferire.
In tutti gli animali, compresi noi, le ferite possono aprire la strada a infezioni anche letali. Per ridurre questi rischi, numerose specie provvedono all’applicazione di composti antimicrobici. Molte specie di formiche utilizzano delle secrezioni prodotte da quella che è chiamata ghiandola metapleurica ma, nel corso dell’evoluzione, alcune di loro hanno perso questa ghiandola e le Camponotus ne sono un esempio. Come fanno a curare le ferite senza antimicrobici? L’evoluzione non le avrà lasciate sprovviste di soluzioni, altrimenti non sarebbero arrivate fino a noi. È a questo punto che si inseriscono le osservazioni di Erik Frank, Dany Buffat e degli altri scienziati che hanno partecipato allo studio pubblicato su Current Biology.
Le amputazioni salva-vita delle formiche carpentiere della Florida
La formica che mordeva la gamba della compagna, mostrata a Frank da Buffat, stava procedendo a un’amputazione. Le formiche carpentiere della Florida amputano gli arti delle compagne ferite come misura precauzionale per salvare loro la vita, impedendo alla potenziale infezione di diffondersi in tutto il corpo. Un’operazione con una percentuale di successo decisamente buona: il 90% degli individui sopravvivono al trattamento. La perdita di un arto per una formica non si traduce in una grave disabilità, infatti gli esemplari operati sono in grado di riprendere tutte le attività di cui si occupavano in precedenza.
Nel video è mostrato un esemplare di Camponotus maculatus, specie molto vicina alla Camponotus floridanus, che rimuove un arto a un individuo ferito (segnato dal colore giallo) appartenente alla stessa colonia. Credits: Danny Buffat, CC BY-SA.
Dalle osservazioni è emerso che l’amputazione dell’arto avviene solo se la ferita si trova all’altezza del femore: in questo caso le formiche carpentiere puliscono la lesione meccanicamente con il proprio apparato boccale, procedono all’amputazione nella parte più alta detta trocantere e infine ripuliscono la nuova ferita dovuta all’operazione.
Già così questo ti apparirà come un comportamento sorprendente per degli esseri viventi così piccoli e sottovalutati, nonostante conosciamo da decenni (e anche di più) la loro complessa vita sociale. Ricercatrici e ricercatori hanno inoltre osservato che, quando la ferita è nella parte dell’arto che corrisponde alla tibia, le formiche si limitano a curare la ferita ripulendola meccanicamente, senza amputare.
All’interno dell’esperimento progettato dal gruppo di ricerca, sia che la ferita fosse al femore e quindi ci fosse l’amputazione, sia che si trovasse sulla tibia e fosse stata solo ripulita, l’intervento ha fatto sì che le formiche con ferite infette avessero un tasso di sopravvivenza molto maggiore.
Le lesioni al femore, in cui veniva sempre amputata la gamba, avevano un tasso di successo intorno al 90%. E per la tibia, senza amputazione, si è comunque raggiunto un tasso di sopravvivenza del 75% circa. Numeri che sono in contrasto con il tasso di sopravvivenza inferiore al 40% e al 15% rispettivamente per le lesioni del femore e della tibia che non venivano trattate (in questo caso gli individui erano stati appositamente isolati per non entrare in contatto con le compagne che li avrebbero curati).
Perché non amputare l’arto anche quando la lesione è nella parte inferiore? Probabilmente anche tu, intuitivamente, starai pensando che dovrebbe funzionare in maniera altrettanto efficace.
Ebbene, le formiche sembrano conoscere bene gli effetti delle ferite e agire nel migliore dei modi pur non avendo conseguito una laurea in Medicina e Chirurgia o in Medicina Veterinaria.
Una lotta contro il tempo
Per comprendere il motivo delle scelte chirurgiche delle formiche, Frank e il suo team hanno sottoposto gli individui amputati a una microtomografia computerizzata. In pratica una TAC.
Dagli esami è emerso che nella parte superiore dell’arto della formica, dove c’è il femore, ci sono molti muscoli la cui attività garantisce la circolazione dell’emolinfa, il liquido che negli insetti svolge compiti simili al nostro sangue. Le formiche non hanno un cuore come gli esseri umani, ma diverse pompe e muscoli distribuiti in tutto il corpo che svolgono questa funzione.
Le lesioni al femore danneggiano i muscoli, ostacolando la circolazione. Con un flusso di liquido ridotto, i batteri non riescono a penetrare così rapidamente nel corpo. In uno scenario del genere procedere all'amputazione è la soluzione: se si interviene rapidamente, ci sono buone probabilità che il resto del corpo non venga infettato.
Nella parte inferiore dell’arto, invece, non ci sono muscoli rilevanti per la circolazione dell’emolinfa e, se la formica viene ferita in quella zona, i batteri penetrano nel corpo molto rapidamente. La finestra temporale per un’amputazione riuscita è quindi ristretta e le possibilità di salvataggio sono scarse. Meglio procedere alla cura della lesione.
Alla scoperta delle formiche chirurghe
Laurent Keller, biologo e coautore della ricerca pubblicata su Current Biology, ha commentato nel comunicato stampa dell’Università di Würzburg:
«Il nostro studio dimostra per la prima volta che gli animali utilizzano anche amputazioni profilattiche nel corso del trattamento delle ferite. E che le formiche orientano il trattamento al tipo di lesione».
Quale sarà il prossimo passo? Il gruppo di ricerca sta eseguendo esperimenti simili su altre specie di Camponotus. Uno degli obiettivi è capire se anche le altre formiche che non posseggono la possibilità di secernere sostanze antimicrobiche eseguano amputazioni. Inoltre, poiché le formiche che ricevono le cure delle compagne consentono la lenta rimozione di un arto mentre sono coscienti, sarà necessario approfondire la nostra conoscenza del dolore nelle società di formiche.
Erik Frank ha affermato:
«Quando guardi i video in cui vedi una formica che presenta la gamba ferita e lascia che l'altra la morda completamente volontariamente, e poi espone la ferita appena procurata in modo che un'altra possa finire il processo di pulizia, trovi questo livello di cooperazione innata1 abbastanza sorprendente».
Sembra che, ad oggi, questo sia il primo caso dimostrato di animali non umani che utilizzano l’amputazione per trattare ferite infette negli arti e che adattano la modalità di trattamento a seconda della posizione della lesione. Come ha riferito Christopher Pull, un biologo dell’Università di Oxford non coinvolto nella ricerca, i risultati ci permettono di cambiare la nostra percezione delle formiche:
non sono solo soldati che lavorano unicamente per la regina per essere sostituiti o scartati in qualsiasi momento, ma fanno di tutto per aiutarsi a vicenda.
Chissà quante altre sorprese ci riservano questi insetti 🐜
Qualcosa da…
… leggere
📰 L’articolo dedicato alla ricerca sulle formiche carpentiere della Florida pubblicato su The New York Times e quello nelle news di Science.
📚Un approfondimento sulle formiche scritto da Pietro Bassi e pubblicato sul sito Aula di Scienze Zanichelli, in cui troverai anche tanti libri da leggere per esplorare il mondo di questi affascinanti insetti.
Arrivederci a settembre 😊 spero che anche tu possa goderti una serena e rinfrescante pausa estiva. A presto.
Secondo Laurent Keller questo sarebbe un comportamento innato: «I comportamenti delle formiche cambiano in base all'età di un individuo, ma ci sono pochissime prove di un eventuale apprendimento».
Bellissimo questo post, il mondo delle formiche è incredibilmente strutturato e complesso
Che storia sorprendente! Grazie per questo racconto così dettagliato, Alessia.