Il ferromagnetismo delle api sembra essere molto più diffuso del previsto, interessando ben 120 specie.

Dustin Gilbert e Anne Murray, coniugi e professori di ricerca presso l’Università del Tennessee a Knoxville, spesso discutono del loro lavoro una volta tornati a casa la sera. I loro campi di studio raramente si incrociano. Sei anni fa, però, la situazione è cambiata, e a far incontrare le loro passioni sono stati gli insetti.

Murray, assistente professore di ricerca in ecologia e biologia evolutiva presso il College of Arts and Sciences, ha chiesto a Gilbert: “Sapevi che le api da miele sono magnetiche e possono percepire il campo geomagnetico?”

Gilbert, professore associato presso il Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali, non ne aveva idea. Ma la sua curiosità era stata stuzzicata. La ricerca di Gilbert si concentra sui materiali funzionali e sulle nanotecnologie, con particolare attenzione al magnetismo. Insieme, hanno elaborato un piano per unire le loro conoscenze e avviare un progetto innovativo sul magnetismo delle api.

Esistono oltre 20.000 specie diverse di api nel mondo. Se le api da miele fossero magnetiche, Gilbert e Murray si chiesero se lo fossero anche le altre api. Dopo aver esaminato la letteratura scientifica, scoprirono che il magnetismo delle api da miele era stato scoperto nel 1977. Da allora, solo altre quattro specie di api erano state identificate come capaci di percepire i campi magnetici.

Gilbert, Murray e Laura Russo, professoressa associata di ecologia e biologia evolutiva presso l’Università del Texas, che svolge ricerche sulle specie di api autoctone, si sono proposti di fornire una catalogazione più precisa del magnetismo delle api. Negli ultimi sei anni, hanno testato più di 120 diverse specie di api e hanno scoperto che quasi il 90% è magnetico. La loro ricerca è stata pubblicata questo mese su Science Advances .

“È stato del tutto inaspettato. C’erano già stati degli studi in merito, ma per curiosità e meraviglia abbiamo deciso di ampliare le nostre ricerche”, ha affermato Murray, la cui ricerca si concentra sul comportamento sensoriale degli insetti, ad esempio su come le sostanze chimiche rilasciate dalle piante mediano le principali relazioni ecologiche con insetti e funghi. “La cosa più sorprendente è la quantità e la varietà di specie. Non ce lo aspettavamo affatto.”

Danza interpretativa delle api

La magnetoricezione è la capacità innata di molti animali di percepire e utilizzare il campo magnetico terrestre. Viene spesso utilizzata per la navigazione, in modo simile a come gli esseri umani usano una bussola o una mappa. Mentre molti animali la utilizzano per le migrazioni a lungo raggio, l’ape mellifera la usa per comunicare alle altre api la direzione per raggiungere i siti di foraggiamento.

Le api femmine escono per raccogliere il polline, lo riportano all’alveare e poi ne condividono la posizione con le altre. Le api comunicano tra loro attraverso una danza interpretativa, in modo che le compagne sappiano dove trovare il polline. L’ osservazione originale del 1977 suggeriva che, se un magnete veniva posizionato vicino al nido, l’ape cambiava la direzione della sua danza a seconda della posizione del magnete. Tuttavia, esperimenti recenti hanno messo in dubbio questa teoria, rendendo l’effettivo utilizzo del magnetismo ancora più misterioso.

“L’idea era che l’ape allineasse la sua danza al campo magnetico, poi eseguisse la sua danza e a quel punto tutti coloro che la osservavano potessero allontanarsi e usare il loro senso magnetico per orientarsi e trovare i fiori”, ha spiegato Gilbert. “È un po’ come dare un puntatore. Ecco perché si dice che queste api siano magnetorecettive. Ma nessuna delle altre quattro specie di api studiate prima del nostro inizio di ricerca ha una danza, quindi a cosa serve?”

Questa è la risposta che il gruppo di ricerca dell’UT sperava di scoprire.

Per studiare le api, il gruppo ha raccolto esemplari di diverse specie provenienti da tutto il mondo. Precedenti studi avevano ipotizzato una connessione tra magnetoricezione e comportamento sociale a causa della danza delle api, sebbene nessuno avesse approfondito la questione testando il magnetismo nelle api solitarie. Il team dell’Università del Texas ha ampliato il progetto, passando dalla mappatura della diffusione del magnetismo nelle api alla ricerca di correlazioni con la storia naturale e il comportamento di questi insetti.

Russo ha messo a disposizione la sua esperienza sulla diversità e il comportamento sociale delle api, e ha contribuito con esemplari della sua vasta collezione per i test. Per completare il campione, il team ha richiesto specie di api ad altre collezioni, tra cui quelle della York University in Canada e dello Smithsonian. Le preziose collezioni sono state consegnate in contenitori di ogni tipo, da custodie rivestite in pelle a semplici scatole per pizza.

“Abbiamo inizialmente analizzato esemplari sociali e solitari della famiglia delle api Apidae, che comprendeva tutte le specie precedentemente segnalate come ferromagnetiche”, ha affermato Russo. “Inizialmente pensavamo che solo le specie sociali fossero magnetiche, ma il ferromagnetismo era ben rappresentato anche nelle specie solitarie. Quindi, abbiamo dovuto ampliare la portata delle nostre ipotesi.”

Salendo lungo l’albero evolutivo

Nella loro ricerca, Russo, Gilbert e Murray hanno scoperto che l’intensità del segnale magnetico non era la stessa per tutte le api. Le api più grandi e quelle più socievoli tendevano ad avere un segnale magnetico più forte.

Il gruppo di ricerca iniziò a esplorare se fattori naturali, tra cui il sesso, la socialità, l’habitat, la geografia e le abitudini di nidificazione delle api, potessero spiegare la presenza del ferromagnetismo. Russo eseguì un’approfondita analisi statistica e Gilbert studiò ogni componente del magnetismo. Non riuscirono a trovare un singolo fattore esplicativo.

Questo li spinse a risalire l’albero evolutivo e a iniziare a testare le vespe per verificare se il magnetismo fosse presente negli insetti ancestrali anche prima dell’evoluzione delle api. Insieme ai nuovi insetti, arrivarono anche nuovi collaboratori: api e vespe furono spedite dall’Università dell’Alaska, dall’Università delle Hawaii, dall’Australian National University, dall’Università di Oldenburg in Germania e dall’Università di San Paolo in Brasile, tra gli altri.

Analizzando quasi 300 specie di vespe, hanno scoperto che il 90% di esse è magnetico.

“Nel complesso, ciò suggerisce che la magnetoricezione sia un senso che risale a un’epoca evolutiva più remota e continua a fornire un vantaggio ancora sconosciuto”, ha affermato Gilbert. “Sebbene la teoria prevalente sia che gli insetti utilizzino la vista per orientarsi, i nostri dati suggeriscono che anche il magnetismo possa svolgere un ruolo cruciale, probabilmente nella navigazione a corto raggio. Tuttavia, non sappiamo ancora con certezza perché utilizzino i campi magnetici e perché questa capacità sembri essersi conservata per 150 milioni di anni.”

Gilbert e Murray intendono proseguire il progetto per cercare di trovare una risposta. Non avrebbero mai immaginato che la domanda di Murray sulle api si sarebbe trasformata in un progetto appassionante, più vecchio del loro figlio di 5 anni. Entrambi sono entusiasti di poter mettere a frutto le proprie competenze di ricerca individuali collaborando.

“La natura interdisciplinare di questo progetto lo rende molto divertente e interessante”, ha affermato Murray. “Ci sono approcci molto diversi e presupposti molto differenti. Amplia davvero la prospettiva. È stato piacevole ed è stato fantastico riunire questi diversi ambiti.”

Astratto

Da tempo gli scienziati sono affascinati dalla magnetoricezione, la capacità innata di molti animali di percepire e utilizzare il campo magnetico terrestre per orientarsi. Negli insetti eusociali come le api, la magnetoricezione è stata collegata alla comunicazione e alla ricerca di cibo. Tuttavia, si sa poco sui modelli filogenetici della magnetoricezione e sulla sua relazione con le caratteristiche delle specie e la storia naturale. In questo studio, dimostriamo che la presunta magnetoricezione basata su particelle ferromagnetiche è diffusa in diverse specie di api (74 delle 96 specie testate), senza alcun segnale filogenetico. Abbiamo anche rilevato tale presunta magnetoricezione in gruppi esterni non appartenenti alle api, suggerendo che questa capacità magnetica sia antecedente all’evoluzione degli Anthophila. Sebbene i segnali magnetici siano stati riscontrati in una varietà di caratteristiche del ciclo vitale, l’intensità del segnale magnetico variava all’interno e tra le specie e aumentava con le dimensioni corporee e il comportamento sociale.

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