Antenne delle api: campi elettrici e altre fulminanti curiosità


animali, apicoltura / venerdì, giugno 22nd, 2018

-L’organo più importante-

Se potessimo chiedere a un’ape quale sia l’organo più importante che possiede, quasi sicuramente direbbe “le antenne”.
Da esseri umani resteremmo un po’ stupiti: una ragazza della nostra specie affermerebbe che sono certo gli occhi, il cervello o il cuore gli organi più importanti. Un ragazzo risponderebbe allo stesso modo, credo.
Un biologo penserebbe che ogni tessuto è importante per mantenere l’omeostasi dell’organismo; un apicoltore potrebbe brontolare che, organi o non organi, l’importante è che le api salgano al melario e lo riempiano di miele.
Condividendo le opinioni della ragazza e del biologo,  farei notare all’ape intervistata che senza la vista non potrebbe orientarsi col sole e trovare i fiori o la strada di casa. Lei però ronzerebbe imperterrita: «sono le antenne a fare di noi quelle che siamo. Le antenne ci rendono api tra tutti gli insetti.»

Allora cosa rende le antenne così importanti?

In primo luogo sono a dir poco graziose. Ma al di là della simpatia che possono ispirare, sono strumenti formidabili per ricavare informazioni dall’ambiente. Presentano recettori tattili, olfattivi e gustativi. Fino a qui nulla di strano, direte. A questi sensi però se ne aggiungono altri e in numero tale da poter dire che le api non solo posseggano un sesto senso, ma anche un settimo, un ottavo e oltre. Esistono infatti sensori per la temperatura, per l’umidità, per la concentrazione di anidride carbonica, per la velocità del vento, per l’accelerazione di gravità, per le vibrazioni sonore e per le cariche elettriche, tutti perfettamente disposti in queste minute strutture.

 

Nel caso non foste ancora abbastanza stupiti, vi dirò di più

Le antenne sono lo strumento con cui le api comunicano tra di loro, con un linguaggio fatto di colpetti e vibrazioni chiamato antennamento. Aggiungendo che così vengono recepiti e misurati i feromoni della colonia, risulta che le antenne rappresentano il più importante strumento di coesione dell’alveare: sono l’organo che permette all’ape di essere un animale sociale. Vi sembra poco? Provate a spegnere l’antenna del vostro smartphone per qualche giorno.

Se avete fatto l’esperimento dello smartphone, ora siete pronti per continuare la lettura. Avrete compreso l’importanza che ha l’interazione tra individui nella natura degli animali sociali. Prendete la sensazione che avete provato nel periodo di “isolamento” e ingigantitela centinaia di volte. Vi renderete conto del perché un’ape senza antenne quasi non possa più definirsi ape. Ma prima che emozioni troppo forti ci facciano perdere il controllo, è meglio entrare nel cuore dell’articolo.

Anatomia di un radar

L’antenna di un’ape è divisa in tre parti articolate tra loro: lo scapo, il pedicello e il flagello.
Lo scapo è l’antennomero prossimale, ovvero la parte di antenna che si inserisce sul capo. Prende contatto con una superficie svasata chiamata torulo. A questo livello originano quattro muscoli che si inseriscono sullo scapo e ne permettono il movimento in tutte le direzioni dello spazio.
Il pedicello è il secondo antennomero. È più corto del primo e si articola con lo scapo come se fosse un ginocchio. Assieme allo scapo è il responsabile della maggior parte dei movimenti dell’antenna.
Infine il segmento più distale è il flagello, che non è una struttura unica, ma si può virtualmente smontare in subunità chiamate flagellomeri. È un’altra suddivisione che rende possibili alla parte terminale dell’antenna ulteriori spostamenti: due muscoli indipendenti da quelli dello scapo infatti possono estendere o flettere il flagello sù e giù. Questi movimenti sono paragonabili alla mobilità fine delle nostre dita. Servono di fatto a tastare con delicatezza e precisione ciò che attrae l’attenzione dell’ape.

antenne di ape mellifera
le antenne raccolgono continuamente informazioni

I recettori sensoriali

Adesso che avete appreso i rudimenti meccanici delle antenne, è il momento di scoprire come funzionano in quanto centraline di raccolta dati.
La superficie esterna del flagello è densamente coperta di recettori chiamati sensilli, con differente morfologia a seconda dello scopo a cui sono preposti.

 

Recettori tattili

Sono a forma di pelo e chiamati per questo tricoidei. La densità di recettori tattili qui è massima. Da questo punto di vista le antenne ricoprono l’importanza che per noi hanno i polpastrelli nell’esplorazione delle superfici. Un uso interessante che le api fanno del tatto si manifesta mentre bottinano. È noto che sui petali esistono disegni visibili alla luce UV, che guidano i movimenti dei pronubi fino alla corolla. Esistono però anche analoghe piste identificabili col tatto. Sono trame microscopiche lette dalle api attraverso le antenne, un po’ come se fosse linguaggio braille con le istruzioni su come raggiungere il nettare. Inoltre, nell’oscurità dell’arnia, è attraverso il tatto che le api riescono a costruire gli esagoni incredibilmente precisi delle cellette.

 

Recettori olfattivi

Si chiamano sensilli celoconici e sono a forma di imbuto, rivolti verso l’interno per massimizzare la cattura delle molecole odorose.

Olfatto quantistico

È stato recentemente scoperto che l’attivazione dei recettori olfattivi nelle api è determinata non solo dalla forma della molecola con cui interagiscono (meccanismo chiave-serratura), ma anche dalla specifica vibrazione degli atomi che la compongono.

In quello che può essere chiamato olfatto quantistico, sostanze chimicamente uguali, in cui sono stati sostituiti uno o più atomi di idrogeno con un suo isotopo più pesante, il deuterio, generano diverse mappe di attivazione neurale. Questo significa che molecole di forma uguale ma con vibrazioni diverse hanno profumi discriminabili. Si tratta di un fatto che mi ha colpito, perché ero convinto che in biologia tutto si basasse sulla conformazione spaziale degli orbitali elettronici. Le antenne delle api invece dimostrano che i nuclei degli atomi possono essere “visti” direttamente dagli esseri viventi e non solamente attraverso l’intermediazione degli elettroni.

 

Olfatto dei fuchi e cani da tartufo

Ma ora cambiamo ordine di grandezza e torniamo a guardare la superficie esterna del flagello. I chemocettori che vi si possono contare sono un numero considerevole e arrivano a 3000 nelle bottinatrici. Sono solo 1600 nell’antenna della regina, che non ne ha particolare bisogno, dal momento che passa gran parte della sua vita all’interno dell’arnia. Se si considera la frazione di millimetro quadrato su cui si trovano, si tratta comunque di una densità di recettori sorprendente.

“Sei sorpreso?” potrebbe chiedermi in tono beffardo un fuco a questo punto. Mio malgrado avrebbe tutte le ragioni per fare il gradasso: ciascuna delle sue antenne porta la bellezza di 300.000 recettori olfattivi. Come mai la natura ha fatto questo miracolo con le sue antenne? Per un unico motivo, ovvero trovare la regina durante il volo nuziale. La sensibilità straordinaria per i feromoni della regina vergine permette ai fuchi di individuarla e non perderne le tracce mentre sfreccia libera in milioni di metri cubi d’aria. Fatte le debite proporzioni, i fuchi avrebbero un olfatto migliore di quello dei cani da tartufo. In effetti sarebbe un bel business addestrare i fuchi a cercare tartufi, se solo non avessero un’unica cosa per la mente. Ma, a parte la sensibilità eccezionale, come fanno i fuchi a riconoscere la direzione da cui proviene l’odore della regina, o le bottinatrici a seguire la scia profumata delle fioriture? Tutto ciò è reso possibile dal fatto che le antenne sono due e non una soltanto. Mano a mano che ci si allontana dalla fonte odorosa, la concentrazione di molecole profumate diminuisce e si crea un gradiente. Le api, elaborando la differenza di profumo rilevato dall’una rispetto che dall’altra antenna, sono in grado di mappare il gradiente. In questo modo riescono a percepire la direzione del profumo e a seguirlo come se fosse google maps.

Nei recettori olfattivi delle antenne infine risiede la speranza di poter sconfiggere la varroa, il parassita più pericoloso delle api. Il tratto di resistenza alla varroa chiamato VSH infatti è dato da geni che codificano per i recettori olfattivi. Per scoprire come selezionare api portatrici del tratto VSH, leggi l’articolo “Istruzioni per selezionare api resistenti alla varroa”.

 

Recettori gustativi

Sono un po’ di meno rispetto a quelli olfattivi. Hanno forma filiforme, con un poro all’estremità. Indovinate qual’è il gusto che le api sentono meglio. Ci sono dubbi? Il dolce, ovviamente. E lo sentono così bene da discriminare le sottili differenze di dolcezza che ci sono tra i nettari di diverse piante, fino a concentrazioni inferiori al 3%. Le api esploratrici assaggiano fiori di zona in zona e ne comparano il nettare per scegliere quello con il maggior livello di fruttosio, glucosio e saccarosio. Dopodiché, attraverso una danza dai movimenti perfettamente codificati, riferiscono alle compagne quale sia l’area in cui è più conveniente bottinare.

 

Recettori per l’umidità

Grazie a questi recettori le api riescono a capire quale sia la percentuale di acqua nel miele. Infatti è fondamentale per la sua corretta conservazione che non abbia un’umidità maggiore del 20%. In caso contrario, a causa di lieviti naturalmente presenti nel nettare, possono innescarsi fermentazioni indesiderate. Tastando il miele con le antenne, le api riescono a capire quando l’umidità è inferiore al 18% e solo allora opercolano le cellette in cui è conservato. Se non facessero così, nel giro di pochi mesi la cantina dell’alveare sarebbe piena di ottimo idromele, ma le api non sono tipe che apprezzano le feste alcoliche.

 

Recettori per l’anidride carbonica

Dal momento che le api prediligono i luoghi chiusi per costruire gli alveari, si sono evolute per essere in grado di stimare i livelli di anidride carbonica nell’aria. Quando l’attività metabolica della colonia fa sì che l’ossigeno si riduca e l’anidride carbonica raggiunga livelli troppo alti, le antenne sono in grado di percepirlo. Sulla base di questo stimolo, le api aumentano la ventilazione: usando le ali creano una corrente d’aria che favorisce il ricambio di gas tra l’interno e l’esterno dell’arnia. Essere in grado di odorare l’anidride carbonica ha anche un’altra utilità, ovvero quella di riconoscere l’arrivo di un grosso mammifero nei pressi della colonia. Creature spaventose o indiscrete per le api, come l’apicoltore, esalano CO2 che viene identificata quindi come un segnale di allarme.

Il senso delle api per la musica

Il primo paragrafo dell’articolo, in cui parlo con l’ape, si apre necessariamente con un periodo ipotetico. Necessariamente, perché se avessi tentato di spacciarvi l’intervista per vera, persino i bambini ne avrebbero messo in dubbio l’autenticità. Mi avrebbero contestato con un semplice argomento: le api non hanno le orecchie.
Se l’intervistato non ha le orecchie, effettivamente, può essere un po’ difficile fargli delle domande sul campo. Tuttavia vi posso assicurare che le api non solo ci sentono molto bene, ma sono anche delle cultrici della musica e della danza. Come? Ancora una volta grazie alle antenne.

L’organo di Johnston

All’interno del pedicello (il secondo segmento, ricordate?) si trova una raccolta di cellule sensoriali che formano il cosiddetto organo di Johnston. È una formazione di organuli chiamati scolopidi in grado di registrare i cambi di posizione delle antenne. Risulta molto utile alle api mentre volano, perché permette loro di valutare la velocità a cui viaggiano nel mezzo aereo. Ma a parte la funzione di tachimetro, resa possibile dalla percezione degli spostamenti maggiori delle antenne, l’organo di Johnston è in grado di leggere i più piccoli cambi di posizione, finanche le vibrazioni trasmesse dall’aria e di conseguenza le onde sonore.

La danza che genera musica

E ora veniamo alla musica e alla danza: nell’alveare tutto sembra arte e non potevano certo mancare queste discipline. Come per gli esseri umani, musica e danza servono a comunicare. La differenza sta nel fatto che ciò che le api vogliono trasmettere al pubblico non sono emozioni, ma informazioni molto più pragmatiche. Quando le esploratrici tornano all’alveare e devono indicare alle bottinatrici le coordinate geografiche delle risorse nettarifere, lo fanno attraverso la danza delle api. La coreografia in cui si esibiscono contiene le indicazioni sulla direzione rispetto al sole e sulla distanza da percorrere per raggiungere il luogo di interesse. Essendo però buio all’interno dell’arnia, le spettatrici non possono vedere i movimenti della ballerina: quello che fanno è ascoltare la danza. La coreografia produce onde sonore ed è musica che le api sentono attraverso le antenne. Il modo con cui le api cantano alle compagne la strada da fare ricorda l’antica strategia che avevano gli aborigeni australiani per orientarsi sul territorio. Essi si tramandavano canzoni le cui parole e metrica erano una sorta di carta geografica sonora, come scrive Bruce Chatwin nel libro Le vie dei Canti.

La percezione dei campi elettromagnetici

La musica emessa dall’ape danzante non è solo costituita da onde sonore dovute a compressione e decompressione dell’aria. Durante i movimenti della danza, infatti, l’esploratrice crea un campo elettromagnetico le cui variazioni sono percepite dalle api in ascolto. Le antenne delle api sono cariche elettricamente e i campi elettrici generati facendo vibrare le ali e il corpo deflettono passivamente il flagello in base alla legge di Coulomb.  Le flessioni così generate sono percepite poi dall’organo di Johnston, che trasmette il segnale ai neuroni.

Come le api controllano l’elettricità

Lo strato di cera che ricopre l’esocuticola (superficie del corpo) è un materiale dielettrico che permette la creazione di un’elevata differenza di potenziale tra l’esterno e l’interno dell’ape, come nei condensatori. La frizione con altri materiali o con l’aria durante il volo fa sì che l’esocuticola accumuli cariche elettriche, fino ad arrivare a una differenza di potenziale anche di 200 Volt. È stato dimostrato che le api sono consapevoli del campo elettrico che emettono e sono in grado di modularlo. Ad esempio, durante la danza variano deliberatamente l’intensità del campo elettromagnetico alternando componenti ad alta e a bassa frequenza.

Le api usano l’elettricità per parlare con i fiori

Un altro uso che le api fanno dell’elettricità si manifesta in una sorta di comunicazione con i fiori. Mentre le api sono cariche positivamente, i fiori hanno una debole carica elettrica negativa. Quando un’ape si avvicina al fiore, la differenza di carica elettrica viene percepita dall’insetto. Nel momento in cui il pronube atterra fra i petali e sugge il nettare, altera la carica elettrica del fiore. Questa alterazione elettrica si mantiene sulla corolla fino a che le ghiandole nettarifere non tornano a produrre una goccia di liquido zuccherino per l’insetto successivo. Ecco quindi che le caratteristiche elettriche dei fiori sono lette dalle api come un’indicazione sulla presenza di nettare.

Organi fondamentali per la regolazione della colonia

Tutte queste funzioni permettono all’ape di svolgere le sue attività vitali e, soprattutto, sono indirizzate alla regolazione della colonia. Oltre a comunicare attraverso la danza, le api si scambiano informazioni con il contatto diretto tra le antenne e con la percezione dei feromoni.

antennamento tra due api
antennamento

L’antennamento

Quando si osserva l’interno dell’arnia, è facile notare coppie o gruppi di api che si toccano reciprocamente con le antenne. È un’attività chiamata antennamento ed è quanto di più simile a un dialogo si possa vedere negli insetti. Un momento in cui l’antennamento è particolarmente attivo è la trofallassi, ovvero il processo con cui viene trasferito il cibo da un’ape all’altra. Quando un’ape è pronta a cedere il contenuto della borsa melaria, lo segnala attraverso incalzanti colpetti di antenna.

Feromoni

Un ruolo centrale nella coesione della colonia è svolto dai feromoni e le antenne sono lo strumento con cui vengono percepiti. Esistono diversi feromoni e uno di essi è prodotto unicamente dalla regina.
La regina, a livello delle ghiandole mandibolari, produce ogni giorno circa 0.4 mg di feromone reale. Ogni ape dell’alveare riesce a percepire il feromone reale fino a dieci milionesimi di questa quantità. Quando la concentrazione diminuisce sotto tale soglia, la colonia cambia comportamento: si sente orfana, diventa più aggressiva e comincia a costruire celle reali per creare una nuova regina.

Un altro feromone è l’etil oleato, che regola lo sviluppo delle bottinatrici. Quando il numero di bottinatrici è elevato, il livello alto di etil oleato segnala che la forza lavoro è sufficiente e le api più giovani maturano più lentamente (sono le api “adulte” quelle che vanno a bottinare). Se invece c’è un calo imprevisto nella quantità di bottinatrici, viene rilevato attraverso la caduta di concentrazione dell’etil oleato. Di conseguenza il tasso di transizione delle api operaie a bottinatrici aumenta.

Antenne sempre pulite

Per prendersi cura di organi così importanti, la natura ha fornito alle api un accessorio fatto su misura. Le zampe anteriori infatti sono munite di un intaglio a forma di lunotto nel basitarso. Questa incisione è circondata da setole e chiusa da uno sperone che parte dall’estremità della tibia. Quando l’antenna necessita di essere pulita, le api alzano la zampa anteriore sopra di essa e la incastrano nel lunotto. In seguito la fanno scorrere attraverso la spazzola circolare che si è creata tra basitarso e tibia, rimuovendo così detriti come polline o polvere che potrebbero interferire con gli organi di senso (per una descrizione più dettagliata potete visitare il sito Honey Bee Suite).

Il riflesso di pulizia delle antenne scatta con frequenza variabile a seconda delle occasioni. Dopo essersi imbattute in polline particolarmente appiccicoso, le bottinatrici si puliscono a fondo, anche se normalmente non lo fanno dopo ogni fiore. Quando un’ape, più o meno intenzionalmente, sbaglia arnia e viene fermata dalle guardiane, si pulisce le antenne ripetutamente, quasi fosse una manifestazione di nervosismo o cercasse così di far finta di niente. I fuchi invece, prima di partire in cerca delle regine vergini, si puliscono costantemente.

Conclusione

Tutte le sorprendenti funzioni racchiuse in questi sottili filamenti posti sulla testa delle api ne fanno capire l’importanza. Ora è più chiaro perché un’ape potrebbe a ragione sostenere che, privata delle antenne, non si sentirebbe più un membro della sua specie.

Adesso che ci penso mi chiedo come facciamo noi umani ad andare in giro senza un paio di antenne. Immaginate come sarebbe diverso il mondo se potessimo ascoltare i campi elettromagnetici. Certo bisognerebbe essere in grado di filtrare in qualche modo le chiamate pubblicitarie, ma i contratti telefonici avrebbero di sicuro tutto un altro costo.

E voi, se poteste potenziare i vostri organi di senso, quali proprietà vi piacerebbe avessero?

-Federico

 

 

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