Gli scienziati hanno dotato le api di codici a barre individuali per tracciare le loro interazioni sociali. Credito:Bart Zijlstra
Alcuni insetti (ad esempio, formiche e alcune api) vivono in società o colonie strutturate in modo intricato. Le loro colonie possono comprendere migliaia di individui specializzati in diversi compiti. La maggior parte degli individui è sterile e dedica la propria vita a compiti della colonia come raccogliere cibo o nutrire i piccoli. Sempre più dati suggeriscono un legame tra il microbiota intestinale e il comportamento sociale degli animali. Questo collegamento è stato precedentemente studiato osservando le interazioni di coppie di individui, ma non a livello sociale in un animale "ipersociale". Questa lacuna di conoscenze è stata colmata dalle scoperte fatte dal Dr. Joanito Liberti, borsista post-dottorato nei dipartimenti di Microbiologia Fondamentale (DMF) ed Ecologia ed Evoluzione (DEE) presso UNIL, e Tomas Kay, studente di dottorato presso il DEE, co-primo autori dell'articolo pubblicato sulla rivista Nature Ecology &Evolution
Un microbiota semplice e gestibile
L'ape è un modello molto utile perché ospita un microbiota semplice composto da una quindicina di specie di batteri. Le stesse specie batteriche sono presenti nelle viscere delle api in tutto il mondo. "Una maggiore stabilità nel microbiota rispetto a quella della maggior parte degli insetti sociali", afferma Joanito Liberti. Questi microbi sono tutti coltivabili in laboratorio e un team guidato da Philipp Engel (co-ultimo autore della pubblicazione e professore associato al DMF) ha raccolte di ceppi batterici pronti per essere testati. Inoltre, è abbastanza facile ottenere api mellifere prive di microbi intestinali senza l'uso di antibiotici, che potrebbero avere effetti collaterali e influenzare i risultati degli esperimenti. Come? Da una struttura dell'alveare, tutto ciò che devi fare è estrarre con cura e pazienza le pupe (che hanno viscere sterili) dall'interno delle loro cellule sigillate. Le api possono quindi essere colonizzate sperimentalmente con batteri noti, il che consente di studiare in modo preciso l'impatto di questi batteri sugli animali.
Il dottor Joanito Liberti, si è concentrato sulla raccolta delle api nella fase della pupa da un alveare. Credito:UNIL
Il risultato di una collaborazione tra scienziati e api
Il borsista post-dottorato, che lavora in due laboratori, ha beneficiato dell'esperienza complementare tra i ricercatori sul microbiota delle api presso il DMF e delle conoscenze sul monitoraggio comportamentale automatizzato di un team guidato da Laurent Keller (professore ordinario presso il DEE). "Duecento api prive di microbiota intestinale sono state divise in due gruppi, uno colonizzato da una miscela rappresentativa di microbi intestinali e l'altro lasciato sterile, cioè con da 100 a 1.000 volte meno microbi rispetto al gruppo colonizzato", afferma Joanito Liberti. "Questo esperimento è stato eseguito su nove colonie".
"Come facciamo regolarmente con le formiche, abbiamo allegato un codice QR univoco a ciascuna ape per consentire il monitoraggio automatico a livello individuale", afferma Tomas Kay (guarda gli ID nel video). Monitorate per oltre 150 ore, le loro interazioni sono state registrate e sono state contate le interazioni "testa a testa" (tramite le loro antenne o tramite la loro bocca, chiamate proboscide) (vedi le linee gialle che rappresentano tutti i tipi di interazione nel video). I ricercatori hanno scoperto che le api con un microbiota impoverito interagivano meno tra loro rispetto alle api che erano state colonizzate sperimentalmente. Inoltre, quest'ultimo ha formato social network più strutturati rispetto al primo. "Ogni animale ha i migliori amici con cui interagisce in modo preferenziale", afferma Philipp Engel, migliorando l'efficienza dell'esecuzione dei compiti all'interno del gruppo.
L'asse intestino-cervello
Sebbene i meccanismi sottostanti rimangano sconosciuti, i biologi hanno trovato alcune prime indicazioni. Nel cervello delle api colonizzate dal microbiota intestinale, alcune molecole (che sono fondamentali per il funzionamento del cervello) erano più abbondanti che nel cervello delle api impoverite del microbiota. Ad esempio, serina e ornitina erano più abbondanti nel cervello delle api colonizzate dal microbiota e nel cervello delle api che interagivano più frequentemente. Inoltre, i batteri hanno influenzato l'espressione di alcuni geni nell'intestino e nella regione del cervello responsabili della percezione degli stimoli olfattivi (tramite le antenne) e gustativi (tramite la bocca).
"Questi dati suggeriscono che esiste una relazione tra le funzioni cerebrali essenziali per il comportamento sociale delle api e il loro microbiota intestinale", afferma Joanito Liberti. Un'emergenza ambientale Il microbiota intestinale delle api può essere compromesso dall'esposizione a pesticidi (es. neonicotinoidi) o erbicidi (es. glifosato). L'uso di questi prodotti tossici potrebbe quindi interrompere il corretto funzionamento del cervello e, in definitiva, la naturale organizzazione sociale delle colonie.
"In effetti, le interazioni testa a testa sono essenziali per la trasmissione di informazioni vitali", afferma il professor Engel. "L'interesse generale per l'asse 'intestino-cervello' sta crescendo e questa strada deve continuare a essere esplorata", conclude il primo autore dell'articolo. + Esplora ulteriormente
