Ricognizione ( chimica ) e valutazione delle informazioni nelle api:i concetti di somiglianza e differenza

Una delle necessità degli insetti sociali è la distinzione tra intrusi è familiari.Negli imenotteri questo processo è facilitato dall'uso di stimoli chimici. Le api usano comunemente informazioni chemiosensorie per una varietà di propositi. Già dagli anni 80 si era notato che gli stimoli di distinzione appaiono acquisiti nel nido senza relazioni con aspetti genetici.
Api dall'odore corretto vengono lasciate entrare nel nido mentre altre dall'odore non corrispondente vengono attaccate anche se geneticamente imparentate con le guardiane.
Si è pensato che idrocarburi cuticolari e acidi grassi siano i responsabili di questa forma di comunicazione (Breed 1998), la ricerca si focalizza ora sul modo in cui il sistema si articola. Piccoli organismi come le api hanno una superfice ampia rispetto al volume. e perciò perdono acqua con facilità, la sottile pellicola di idrocarburi cuticolari riduce questa emissione (Dani 2001). Gli idrocarburi non sono volatili e la loro localizzazione sulla cuticola ne permette la percezione via trofallasi , antennazione e grooming senza la confusione che potrebbe avvenire con sostanze volatili in ambienti affollati.
Benché la ricognizione del nido sia significativamente condizionata da fattori ambientali come disponibilità di cibo, il tipo di produzione del segnale chimico e parallelamente i recettori del segnale deputati ad interpretarlo hanno ascendenti legati alla genetica. Un problema tipico di un sistema di identificazione è che esso può essere imitabile dai potenziali intrusi.
Gli imenotteri , fra cui le api , possono , non intenzionalmente risolvere questo problema aggiustando i loro stimoli chimici rispetto alle condizioni ambientali del gruppo di individui che costituiscono la colonia ad un momento dato (Liu et al. 2001). Quando un individuo membro della colonia risulta isolato per diversi giorni Boulay et al. (2000), i suoi idrocarburi divergono da quelli del nido . Questi individui vengono perciò attaccati quando ritornano al nido di cui favevano parte.
E' importante enfatizzare come gli idrocarburi cuticulari non servano per un unico scopo , ma come il loro ruolo sia ben più ampio. Particolari combinazioni di idrocarburi sono relazionate a funzioni specifiche nella colonia.
Ci si può aspettare che un sistema di riconoscimento per associazione possa diventare facile preda dei parassiti. Ed in effetti così avviene , ad esempio nel caso delle api con la varroa , che possiede numerose abilità mimetiche sul piano " odoroso" recentemente comprese. Anche la varroa , come altri parassiti , è in grado di cambiare i propri idrocarboni rendendoli simili a quelli di ogni singolo stadio dell'ospite (Martin et al 2001).
Gli insetti valutano dunque le informazioni in maniera flessibile per adattarsi al loro ambiente.Le api costituiscono un modello tradizionale per studiare i comportamenti di apprendimento e memorizzazione a livello comportamentale, cellulare e molecolare. Gli studi del passato si focalizzavano su elementari forme associative e non associative di apprendimento, determinate dalle capacità olfattive dal riflesso di estensione della ligula o sull'apprendimento di stimoli visuali in un contesto operativo. Le ricerche hanno indicato che le api sono in grado di elaborare performances cognitive che erano supposte appannaggio esclusivo dei vertebrati. Per esempio, le api possono interpolare informazioni visive, esibire richiami di associazioni, catalogare in categorie informazioni visive ed apprendere informazioni contestuali.
In questo studio si è dimostrato che le api possono elaborare concetti di somiglianza e differenza. Possono imparare a risolvere problemi del tipo " incontro ritardato con la ricompensa" in cui è richiesto di rispondere allo stimolo incontrato e a varianti dei problemi dove è richiesta una risposta ad uno stimolo differente.Possono anche trasferire l'apprendimento a nuovi stimoli con le stesse ( o differenti ) modalità sensoriali. Un importante capacità cognitiva è l'abilità di apprendere relazioni tra gli stimoli.
Nei vertebrati, la capacità di acquisire concetti del tipo uguaglianza-differenza è stata studiata utilizzando due procedure sperimentali definite " matching task " e " oddity task". Una variante è la " delayed matching to sample" in cui un animale è presentato con un "esempio " e susseguentemente con due o più stimoli secondari, uno dei quali è identico all'esempio. All'animale è chiesto di rispondere allo stimolo appena incontrato.The " delayed task " è una variante dell'"oddity" in cui all'animale è richiesto di rispondere allo stimolo che è diverso dall'esempio. In entrambi i casi i concetti di similitudine e differenza si manifestano solo se l'animale esibisce il trasferimento ad una serie completamente nuova di stimoli che non ha precedentemente conosciuto. In questo studio sono state realizzate prove con api per verificare in quale forma esse sono in grado di elaborare i concetti di somiglianza e differenza.
Le prove sono state realizzate usando un labirinto a forma di Y . Ogni ape entrava nel labirinto attraverso un foro nella parete di entrata e qui incontrava lo stimolo di esempio, di tipo A o di tipo B o alternati in una sequenza pseudo casuale. Il corridoio di entrata conduce ad una camera di decisione dove le api incontrano e possono scegliere fra due corridoi. Ogni corridoio porta un altro stimolo del tipo A o B o stimolo secondario. Alle api è dato il premio solo se se scelgono il corridoio corrispondente allo stimolo presente all'ingresso. Se le api imparano questa discriminazione gli stimoli A e B vengono sostituiti da C e D . Sono stati eseguiti quattro esperimenti, con differenti gruppi di api. Nell'esperimento 1 A e B erano colori mentre C e D erano reticoli verticali o orizzontali, neri o bianchi. Nell'esperimento 2 A e B erano reticoli metre C e D colori. Nell'esperimento 3 A e B erano reticoli radiali o circolari mentre C e D erano erano reticoli lineari orientati. Nell'esperimento 4 A e B erano odori e C e D colori.
Nell'esperimento 1 le api erano invitate a scegliere un certo colore ( blu contro giallo ) . Si è verificato un signifiativo apprendimento durante il corso del test. Le api hanno imparato presto a preferire il colore identico all'esempio, indipendentmente dal colore di esempio proposto.
Nell'esperimento 2 alle api era richiesto di distinguere e scegliere un diverso orientamento dei reticoli ( orizzontale piuttosto che verticale ) . Anche in questo caso le api hanno imparato presto a scegliere .Al termine della fase di apprendimento oltre il 70% delle api è stato in grado di compiere la scelta adeguata.
Questi risultati non mostrano necessariamente la capacità di imparare i concetti di somiglianza e differenza. Le api possono risolvere il problema semplicemente imparando l'appropriata scelta di ogni configurazione utilizzata, per esempio: scegli blu se hai visto blu all'entrata senza astrarre un concetto generale di uguaglianza. La capacità di trasferire concetti di somiglianza è mostrata nel test di riferimento dove alle api venivano mostrati nuovi esempi e stimoli secondari. In queste prove, alle api che avevano imparato a scegliere i colori sono stati mostrati reticoli e viceversa. Le api hanno continuato a manifestare la stessa capacità di riconoscimento del 76,3% con reticolo verticale e del 75% con reticolo orizzontale.L'utilizzo di odori come stimoli ha dato risultati analoghi.
Successivamente si è poi passato a verificare se le api fossero in grado di elaborare concetti di differenza.Le prove sono state condotte in maniera analoga ma la ricompensa era ottenibile nei casi in cui doveva essere scelto lo stimolo differente da quello posto all'entrata.Anche in questo caso si è verificato un veloce apprendimento. Successivamente, nel test di trasferimento, le api hanno confermato l'apprendimento è la possibilità di scegliere le differenti stimolazioni.

Bibliografia Martin Giurfa;S.Zhang;A.Jennet;R.Menzel;M Srinivasan Nature vol 14/19 aprile 2001
Chemical Recognition Cues in Hymenopterans Andrea Cutone ancutone@lamar.colostate.edu
Breed MD, Leger EA, Pearce AN, Wang YJ. 1998. Comb wax effects on the ontogeny of honey bee nestmate recognition. Animal Behaviour 55 (1): 13-20.
Downs SG, Ratnieks FLW 2000. Adaptive shifts in honey bee (Apis mellifera L.) guarding behavior support predictions of the acceptance threshold model. Behavioral Ecology 11 (3): 326-333.
Martin C, Salvy M, Provost E, Bagneres AG, Roux M, Crauser D, Clement JL, Le Conte Y. 2001. Variations in chemical mimicry by the ectoparasitic mite Varroa jacobsoni according to the developmental stage of the host honeybee Apis mellifera. Insect Biochemistry and Molecular Biology 31 (4-5): 365-379.

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