Le regine delle specie di api senza pungiglione (Meliponini) affrontano un dilemma riproduttivo. Se si accoppiano con maschi con i quali risultano condividere lo stesso gene di determinazione del sesso, metà della loro prole sarà composta da maschi, e la forza lavoro della colonia si ridurrà della metà, dato che effettivamente solo le donne sono lavoratrici.

Inoltre, i maschi con materiale genetico sia paterno che materno (diploide) a seguito di questa sfortunata scelta della regina consumano solo le risorse raccolte dalle operaie e sono solitamente sterili, contribuendo a diminuite possibilità riproduttive per la colonia. Un progetto di ricerca sostenuto dalla São Paulo Research Foundation (FAPESP) che coinvolge un team di scienziati nelle università del Brasile, Belgio, e il Regno Unito mostra che l'emergere di maschi diploidi da questo tipo di accoppiamento porta anche alla morte della regina nelle colonie della specie di api senza pungiglione Scaptotrigona depilis.

Secondo Ayrton Vollet-Neto, primo autore dello studio, i risultati suggeriscono che questo comportamento può essere comune a tutte le specie di api prive di pungiglione perché si verifica in generi filogeneticamente distanti.

Una possibile spiegazione per la morte di una regina che non rispetta il ruolo di mantenere un tasso proporzionale di api operaie nella colonia è che una regina figlia sostitutiva sarà in grado di accoppiarsi e garantire la sopravvivenza della colonia. Altrimenti, l'esito più probabile sarebbe la morte della colonia. "Se la regina viene uccisa in fretta, può essere sostituita da una figlia che avrà la possibilità di accoppiarsi con un maschio che non ha l'allele dello stesso sesso, "Ha detto Vollet-Neto.

I risultati dello studio sono stati pubblicati nel Giornale di ecologia chimica .

L'incidente genetico danneggia il controllo del prole maschile

Vollet-Neto spiega che le api senza pungiglione sono in grado di scegliere il sesso della loro prole, un tratto che condividono con tutti gli insetti dell'ordine degli Imenotteri, che includono formiche, vespe e api.

Le api regine senza pungiglione si accoppiano solo una volta in tutta la loro vita. Questo accade quando sono molto giovani. Conservano lo sperma nella spermateca, un organo situato nell'addome. Nella fecondazione degli ovuli con spermatozoi della spermateca, generano femmine diploidi, che hanno due copie di ciascun gene (una da ciascun genitore) nelle loro cellule.

Quando le regine vogliono produrre maschi, chiudono un canale nella spermateca per impedire la fecondazione degli ovuli. I maschi aploidi (con solo geni materni) si schiudono da uova non fecondate. "Gli insetti dell'ordine degli Imenotteri differiscono dagli altri insetti e dagli umani per quanto riguarda la determinazione del sesso perché i maschi non hanno padre e si schiudono da uova non fecondate, "Ha detto Vollet-Neto.

Però, il meccanismo di determinazione del sesso nelle api senza pungiglione può fallire. Per una sfortunata possibilità, la regina può accoppiarsi con un maschio il cui corredo genetico porta alla produzione di maschi diploidi invece che di femmine, Lui ha spiegato.

Il motivo è che la determinazione del sesso negli imenotteri è tipicamente controllata da un gene di determinazione del sesso complementare (CSD), che può avere o meno due alleli (copie). Inoltre, se ci sono due alleli, possono essere identici o diversi. Se c'è un solo allele, il risultato è un maschio. Se ci sono due alleli diversi in un maschio diploide, il risultato è una femmina. Se ci sono due alleli identici, il risultato è un altro maschio diploide invece di una femmina.

"Quando ci sono due copie identiche del gene CSD, la fisiologia dell'insetto lo interpreta come se ne avesse uno solo. Ciò si traduce in un maschio diploide, "Ha spiegato Vollet-Neto.

La "puzza maschile" scatena la rivolta nella colonia

Per rimediare al problema che si crea quando la regina sceglie un compagno con allele dello stesso sesso, le operaie dell'ape mellifera Apis mellifera, Per esempio, sono in grado di rilevare e uccidere le larve maschili diploidi all'inizio del loro sviluppo. Questo evita uno spreco di risorse e tempo che verrebbe investito nell'allevamento senza alcun ritorno per la colonia.

Nel caso delle api senza pungiglione, ci sono poche prove di tale comportamento. I lavoratori non hanno accesso alle celle di covata per eliminare i maschi diploidi immaturi perché le celle sono sigillate dopo l'ovideposizione e contengono tutte le risorse necessarie alle larve per svilupparsi.

Per verificare l'ipotesi che le api senza pungiglione abbiano anche modi per rimediare alle conseguenze della produzione diploide maschile, i ricercatori hanno eseguito un esperimento in cui hanno rimosso le regine dalle colonie di S. depilis dove i maschi diploidi stavano per schiudersi e le hanno sostituite con regine "sane", che non ha prodotto prole con questo tratto.

L'esperimento ha mostrato che tutte le regine "sane" introdotte nelle colonie dove stavano per emergere i maschi diploidi morivano entro 10-20 giorni, mentre le regine introdotte in 20 colonie di controllo senza l'emergere di maschi diploidi non sono morte.

"Queste regine "sane" non erano responsabili della produzione dei maschi diploidi emersi nelle colonie, quindi la conclusione che abbiamo tratto è stata che la loro morte è stata determinata dall'emergere di maschi diploidi, "Ha detto Vollet-Neto.

Sulla base di questa constatazione, i ricercatori hanno quindi testato l'ipotesi che i profili di idrocarburi cuticolari dei maschi diploidi servissero in qualche modo da segnale chimico per l'esecuzione della regina.

La cuticola è uno strato extracellulare che ricopre completamente la superficie esterna degli insetti sociali. Gli idrocarburi cuticolari agiscono come una firma chimica per ogni individuo della colonia.

Per verificare la loro ipotesi, i ricercatori hanno confrontato i profili chimici di maschi diploidi e aploidi a zero, cinque e dieci giorni di età. L'analisi mediante gascromatografia abbinata alla spettrometria di massa ha mostrato che il profilo idrocarburico cuticolare dei maschi diploidi differiva significativamente da quello dei maschi aploidi man mano che crescevano e che ciò si verificava circa 10 giorni dopo l'emergenza, proprio quando le regine iniziavano a morire.

"Questo suggerisce che le differenze del profilo chimico maschile possono fungere da segnali per innescare la morte della regina, "Vollet-Neto ha detto. "Ma sono necessarie ulteriori ricerche per confermare o confutare questa ipotesi".