Perché quello delle formiche è l’olfatto più preciso in natura

È stato individuato il processo attraverso il quale i neuroni selezionano i recettori olfattivi e permette alle formiche di percepire gli odori in modo completo e complesso. A questo obiettivo è stato orientato uno studio, pubblicato sulla rivista Current Biology, condotto dagli scienziati del Laboratorio di Evoluzione Sociale e Comportamento del Rockefeller Center. Il team, guidato da Daniel Kronauer e Giacomo Glotzer, ha analizzato i recettori delle formiche predatrici clonali, scientificamente note come Ooceraea biroi. Le formiche, spiegano gli esperti, si basano sull’olfatto. I feromoni guidano gli insetti verso il cibo, avvertendoli della presenza di predatori e regolando i ritmi delle colonie. Questo sistema di comunicazione chimica è governato dai neuroni.

I genomi delle formiche contengono centinaia di geni per i recettori olfattivi, ognuno dei quali codifica un recettore sintonizzato su sostanze chimiche specifiche. Se un neurone esprimesse più recettori contemporaneamente, i messaggi che arrivano al cervello verrebbero confusi e la formica perderebbe il suo olfatto così finemente calibrato. I ricercatori hanno individuato il processo attraverso cui i neuroni selezionano i recettori olfattivi. I risultati risolvono l’annoso mistero di come le formiche mantengano puliti i segnali sensoriali.

Regolazione genica e identità molecolare

“Descriviamo una forma di regolazione genica – afferma Glotzer – nel senso dell’olfatto, ogni neurone deve avere una propria identità molecolare. Si tratta di un assunto nelle neuroscienze, ma sappiamo che specie diverse sono associate a meccanismi differenti”. In particolare, riportano gli scienziati, i moscerini della frutta si affidano a interruttori molecolari che attivano e disattivano singoli geni, assicurando che da ciascun neurone sensoriale emerga un solo recettore. I mammiferi, invece, adottano un approccio più caotico, e ogni neurone riorganizza casualmente la propria cromatina fino a quando non rimane accessibile un solo gene recettoriale.

Attivazione genica

Le formiche hanno diverse centinaia di recettori olfattivi, molti dei quali sono quasi identici tra loro. In questa situazione, commentano gli scienziati, è interessante capire come avvenga l’attivazione di un singolo gene. Il lavoro dimostra che quando un neurone di formica attiva il gene recettore prescelto, l’RNA polimerasi, che copia il DNA in RNA, continua oltre il punto finale del gene, riversandosi in quelli successivi. In tal modo, si verificano dei trascritti che restano intrappolati nel nucleo. Gli autori ipotizzano che questi trascritti non siano funzionali, ma che la loro stessa produzione sia ciò che silenzia i geni a valle.

Scudo genetico protettivo

Nel frattempo, il neurone genera anche RNA nella direzione opposta, per cui la polimerasi agisce da ostacolo per silenziare i geni a monte che altrimenti avrebbero potuto attivarsi. Il risultato è uno scudo genetico protettivo attorno al gene recettore bersaglio. Dimostrando che gruppi ristretti di geni correlati possono essere governati da meccanismi di salvaguardia bidirezionali, questa ricerca offre un modello di come i genomi potrebbero tenere sotto controllo grandi famiglie di geni.

Implicazioni della scoperta

“Questo sistema di regolazione genica – conclude Kronauer – potrebbe spiegare perché le formiche sviluppano nuovi recettori olfattivi così rapidamente”.