Quando Hugo Deans, di otto anni, ha scoperto una manciata di oggetti di dimensioni BB che giacevano vicino a un formicaio sotto un tronco nel suo cortile, ha pensato che fossero un tipo di seme. Suo padre, Andrew Deans, professore di entomologia alla Penn State, tuttavia, capì immediatamente cosa fossero:galle di quercia o escrescenze di piante innescate da insetti. Quello che non si rese subito conto era che le galle facevano parte di un'elaborata relazione tra formiche, vespe e querce, la cui scoperta avrebbe ribaltato un secolo di conoscenza sulle interazioni pianta-insetto.

Guardando indietro, Hugo, che ora ha 10 anni, dice che "pensava che fossero semi, e mi sono sentito eccitato perché non sapevo che le formiche raccogliessero semi. Ho sempre pensato che le formiche avrebbero mangiato avanzi di cibo e cose in casa. Poi mi sono eccitato di più quando [mio padre] mi ha detto che erano galle, perché [mio padre] era così eccitato. Sono rimasto sorpreso dal fatto che le formiche raccogliessero galle perché perché dovrebbero farlo?"

Secondo Andrew Deans, che è anche il direttore del Frost Entomological Museum della Penn State, molte interazioni tra piante e insetti sono ben documentate. Ad esempio, è noto da tempo che la maggior parte delle specie di vespe "cinipidi" inducono le querce a produrre galle protettive - o escrescenze - attorno alle loro larve per garantire la sicurezza della loro prole in via di sviluppo. Inoltre, alcune piante, tra cui la sanguinella (Sanguinaria canadensis), un fiore selvatico originario del Nord America, producono appendici commestibili, chiamate elaiosomi, sui loro semi per attirare le formiche, che poi disperdono i semi riportandoli ai loro nidi. Quest'ultimo esempio è indicato come "mirmecoria", o dispersione dei semi da parte delle formiche.

"Nella mirmecoria, le formiche ottengono un po' di nutrimento quando mangiano gli elaiosomi e le piante ottengono i loro semi dispersi in uno spazio libero dai nemici", spiega Deans. "Il fenomeno è stato documentato per la prima volta oltre 100 anni fa ed è comunemente insegnato agli studenti di biologia come esempio di interazione pianta-insetto."

La nuova ricerca del team, avviata dalla scoperta di Hugo di galle che giacciono vicino a un formicaio, ha rivelato un tipo molto più complesso di mirmecocoria, che combinava l'interazione galla di vespa-quercia con l'interazione commestibile appendice-formica.

"In primo luogo, abbiamo osservato che, mentre queste galle normalmente contengono un 'cappuccio' carnoso rosa pallido, le galle vicino al formicaio non avevano questi cappucci, suggerendo che forse erano stati mangiati dalle formiche", dice Deans. "Alla fine, questo ci ha portato a scoprire che le vespe stanno manipolando le querce per produrre galle, quindi fanno un altro passo e manipolano le formiche per recuperare le galle nei loro nidi, dove le larve di vespa possono essere protette dai predatori di galle o ricevere altri benefici. Questo l'interazione a più livelli è strabiliante; è quasi difficile avvolgere la tua mente su di essa."

I risultati del team sono stati pubblicati sulla rivista American Naturalist .

Indagine sull'interazione

Per comprendere meglio l'interazione, i ricercatori hanno condotto una serie di esperimenti sul campo e di laboratorio. In primo luogo, per determinare se, come gli eliaosomi, i cappucci biliari di quercia - che i ricercatori hanno chiamato kapéllos (dal greco "cappuccio") - fossero effettivamente commestibili e attraenti per le formiche, il team ha osservato direttamente galle di quercia nelle colonie di formiche allo stato selvatico nel New York occidentale York e la Pennsylvania centrale. Inoltre, hanno installato videocamere per acquisire ulteriori interazioni animale/gallo. In entrambe le località, hanno visto le formiche trasportare galle ai loro nidi. All'interno dei nidi sono state rimosse tutte le cappelle commestibili, mentre le galle stesse sono rimaste intatte.

In una seconda serie di esperimenti per determinare se i kapéllos funzionassero in modo simile agli elaiosomi, i ricercatori hanno studiato la preferenza delle formiche per le galle di quercia rispetto ai semi di bloodroot. Hanno allestito stazioni di esche per semi/gallo e hanno osservato che le formiche rimuovevano lo stesso numero di semi e galle, suggerendo nessuna differenza nelle preferenze delle formiche.

Successivamente, gli scienziati hanno condotto un esperimento di laboratorio per documentare se le formiche raccogliessero galle a causa dei loro nutrienti kapéllos. Hanno istituito tre trattamenti con piastre di Petri, contenenti galle intere, corpi biliari con kapéllos rimossi o kapéllos con corpi biliari rimossi, insieme a una piastra di controllo contenente un diverso tipo di fiele che non aveva un'appendice commestibile. Hanno introdotto le formiche nelle piastre di Petri. Hanno scoperto che l'interesse delle formiche non differiva tra le galle di controllo e le galle di trattamento senza kapéllo, entrambe prive di componenti commestibili. Al contrario, l'interesse delle formiche era maggiore per le galle con kapéllos intatti e solo per i kapéllos che per le galle di controllo.

"Abbiamo dimostrato che le galle con il cappuccio erano molto più attraenti per le formiche rispetto alle galle senza cappuccio e che i cappucci da soli erano anche attraenti per le formiche", afferma John Tooker, professore di entomologia. "Questo ha suggerito che i cappucci devono essersi evoluti come un modo per invogliare le formiche."

Alla fine, il team ha chiesto:"Cosa c'è nei kapéllos che li rendono così attraenti per le formiche?" Secondo Tooker, la chimica degli elaiosomi è ben studiata e nota per contenere acidi grassi nutrienti. Pertanto, il team ha confrontato le composizioni chimiche dei kapéllos con gli elaiosomi e ha scoperto che anche i kapéllos contenevano acidi grassi salutari.

"Gli acidi grassi che sono abbondanti nei cappucci biliari e negli eliosomi sembrano imitare gli insetti morti", afferma Tooker. "Le formiche sono spazzini che cercano di trovare e accaparrarsi tutto ciò che è adatto da riportare nella loro colonia, quindi non è un caso che le cappelle biliari e gli elaiosomi abbiano entrambi acidi grassi tipici degli insetti morti."

Quale è arrivato prima?

L'ultima, e secondo i ricercatori, la più intrigante domanda che il team ha perseguito è stata:"Quale è arrivato per primo nel tempo dell'evoluzione? L'interazione elaiosoma o l'interazione fiele?"

"Dato che la mirmecocoria è stata descritta più di un secolo fa ed è stata ben studiata e insegnata nelle scuole, si potrebbe presumere che l'interazione elaiosomica sia venuta prima, ma tale ipotesi potrebbe essere sbagliata per diversi motivi", afferma Robert J. Warren II, professore di biologia, SUNY Buffalo State.

Una delle ragioni, ha spiegato, è che le piante mirmecocore, come le radici di sangue, comprendono solo una percentuale molto piccola di tutte le specie vegetali e, quindi, potrebbero non contribuire con risorse alimentari sufficienti per guidare la selezione naturale nelle formiche. I galli di quercia, tuttavia, sono ampiamente abbondanti. In effetti, dice Warren, un tempo erano così abbondanti che venivano regolarmente utilizzati per ingrassare il bestiame.

"Se queste galle fossero state così abbondanti e avessero sviluppato questa tattica di far crescere questo cappello migliaia di anni fa, quello avrebbe potuto essere un forte motore della selezione naturale nelle formiche", afferma Warren. "Può darsi che le formiche fossero da tempo abituate a raccogliere le galle con i cappucci, e poi quando i fiori di campo primaverili hanno iniziato a produrre semi che avevano un'appendice commestibile, le formiche erano già predisposte a raccogliere cose con un'appendice di acido grasso."

Deans ha notato che il team ha recentemente ricevuto una sovvenzione per condurre un lavoro filogenetico per indagare ulteriormente quale di queste interazioni è avvenuta per prima nel tempo dell'evoluzione.

"Capire come si sono evolute queste interazioni e come funzionano aiuta a districare un po' di più la complessità della vita sulla Terra", afferma.

Su come ci si sente a contribuire a una scoperta così importante, Hugo afferma:"Scommetto che altri bambini hanno fatto scoperte simili ma non hanno mai saputo quanto potrebbero essere importanti. Sono davvero felice e orgoglioso di sapere che ho fatto parte di un'importante scoperta scientifica. È strano pensare che solo alcune formiche che raccolgono quelli che pensavo fossero semi fosse in realtà un'importante svolta scientifica."

Quando gli viene chiesto se vuole fare l'entomologo come suo padre da grande, visto che ha già fatto la sua prima scoperta scientifica, Hugo dice "non proprio. Voglio essere diverso... unico... da grande. " + Esplora ulteriormente

È stata trovata una vespa custode della cripta che parassita più specie di vespa pallida