Imitare, imparare, migliorare: il genio imprevisto di api e bombi

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Bombo (Bombus terrestris – Ivar Leidus/Wikimedia commons)

Karl von Frisch fu il primo a rendersene conto: gli insetti, in particolare le api, hanno un’intelligenza vivace, flessibile, adattabile. Questa capacità permette alle esploratrici di utilizzare un linguaggio astratto per comunicare alle loro compagne l’ubicazione del cibo che hanno appena individuato. Dando loro le indicazioni esatte su dove raccoglierlo, le compagne potranno dirigersi direttamente alla fonte di approvvigionamento, riducendo al minimo gli sforzi e gli sprechi di energia. Prima delle scoperte dell’etologo austriaco, pochissimi scienziati ritenevano gli insetti capaci di compiere ragionamenti complessi e distanti dal comportamento puramente istintivo. La danza delle api esploratrici, atta a comunicare l’ubicazione del cibo alle compagne nell’alveare, era però un’azione selezionata da milioni di anni di evoluzione. In definitiva, si trattava comunque di una dimostrazione di intelligenza strettamente legata alle necessità pratiche della colonia e, soprattutto, connessa con le loro attività abituali.

In questi giorni, invece, una ricerca pubblicata su Science ha dimostrato che i bombi (Bombus terrestris), parenti stretti delle api, sono in grado di fare ancora di più: possono apprendere comportamenti ben distanti dalla loro quotidianità. Nello specifico, agli imenotteri è stato insegnato a “fare gol”, ossia spingere dentro ad un buco una piccola pallina di legno per ottenere in cambio una ricompensa di acqua zuccherata. Già questo è un comportamento del tutto inedito tra gli insetti, ma la parte più sorprendente dell’esperimento riguarda proprio la loro fase di apprendimento. Gli autori dello studio, gli scienziati Olli Loukola e Clint Perry della Queen Mary University di Londra, hanno proceduto per fasi: prima hanno fatto scoprire agli insetti che al centro della piattaforma, ogni tanto, poteva apparire del nettare zuccherino; poi hanno fatto vedere che la sua comparsa era direttamente collegata alla caduta della pallina dentro al buco al centro del piano di studio; inizialmente, la pallina veniva spostata tramite un magnete posto sotto alla piattaforma o tramite un bombo di plastica che “insegnava” agli osservatori come ottenere la ricompensa; infine, dopo che alcuni insetti hanno imparato la procedura e hanno iniziato ad utilizzarla, altri bombi hanno osservato e appreso dai loro simili.

Anche il livello di apprendimento degli insetti ha rivelato quanto fossero importanti i metodi di insegnamento: quasi tutti i bombi (il 99%) sono riusciti a realizzare la procedura al primo tentativo dopo aver visto i loro simili effettuarla, circa tre quarti (78%) hanno imparato dopo aver visto in azione il magnete, mentre una percentuale molto più bassa (34 %) ci è riuscita dopo aver visto la pallina già nel buco. E non è tutto: i bombi hanno ottimizzato la procedura, prendendo l’abitudine di scegliere la pallina più vicina al foro per risparmiare fatica. E questo nonostante i ricercatori avessero obbligato alcuni bombi “istruttori” a scegliere la pallina più lontana, incollando le altre alla piattaforma. Gli allievi hanno comunque ottimizzato il lavoro, scegliendo la pallina più vicina al foro che, nel loro caso, non era incollata. Questo ha dimostrato che il problema era stato da loro elaborato e non si trattava di pedissequa imitazione. In un altro studio pubblicato recentemente, si erano viste delle api raccogliere del cibo legato ad un cordino tirandolo fino ad essere in grado di raccoglierlo, ma si trattava, tutto sommato, di un risultato meno sorprendente, dato che agli insetti venivano presentate condizioni che potevano in qualche modo essere incontrate in natura.

Il dover “fare gol” per ottenere una ricompensa, per contro, è qualcosa di assolutamente inedito nel mondo dei bombi e, più in generale, nella classe degli insetti (qui è possibile vedere il video dell’esperimento).

Gli scienziati sono tuttora in cerca delle spiegazioni per questo comportamento. La risposta più credibile è che i bombi, e più in generale questo tipo di insetti, abbia una capacità di elaborare le informazioni e di risolvere i problemi che potrebbe aiutarli in caso di ricerca del cibo e di risposte alle modifiche ambientali, ma quello che è certo è che si tratta di animali molto più intelligenti di quanto siamo abituati a pensare. Nel 2016 un altro studio, pubblicato da Andrew B. Barron e Colin Klein su Proceedings of the National Academy of Sciences, ha scombussolato la nostra tradizionale visione degli insetti, ipotizzando che le api abbiano un certo grado di autoconsapevolezza. Anche se si tratta di pure ipotesi, si tratta comunque di una visione molto innovativa sulle capacità mentali degli insetti. Ora bisognerà riconsiderare gli studi in questo campo, per capire fino a che livello l’intelligenza degli animali a sei zampe si possa spingere. Difficile stabilirlo, finché non sarà ben chiaro che cosa intendiamo per “intelligenza”. Di certo, però, sarà ben difficile mantenere i nostri vecchi pregiudizi su questi animali e sulle loro capacità.

La moltitudine dei numeri primi

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Magicicada septendecim (Martin Hauser/Wikimedia Commons)

Nel 1749 Pehr Kalm, naturalista svedese in visita negli Stati Uniti, osservò la comparsa improvvisa di enormi popolazioni di cicale che emergevano dal suolo, mutavano alla forma adulta e iniziavano i loro canti dedicati alla ricerca del partner. Dopo poche settimane di frenetico accoppiamento e dopo la deposizione delle uova, l’incredibile moltitudine di insetti scompariva così com’era apparsa. I numeri erano impressionanti: le popolazioni dei boschi di Pennsylvania e New Jersey studiate da Kalm raggiungevano l’incredibile densità di oltre 300 animali per metro quadrato. E non era tutto: alcune testimonianze storiche sembravano confermare che questi eventi si verificassero ciclicamente alla fine di maggio, ma non di ogni anno: le cicale emergevano dal suolo per riprodursi solo ogni 17 anni! Da nessuna altra parte del mondo si aveva notizia di insetti con un ciclo vitale così lungo. Così lo scienziato scandinavo, una volta tornato in patria, portò alcuni esemplari di queste cicale al suo connazionale Carlo Linneo, che li inserì nel suo Systema naturae col nome scientifico Cicada septendecim.

Questi animali, oggi rinominati in Magicicada septendecim, non sono un caso isolato: esistono altre due specie di cicale nordamericane con ciclo vitale di 17 anni, e altre quattro con un ciclo di 13. La loro esistenza è suddivisa in un lunghissimo periodo trascorso sotto forma di ninfe nel sottosuolo, dove si nutrono della linfa ricavata dalle radici degli alberi, e quei 40-50 giorni dedicati alla riproduzione, una volta emerse da terra: i maschi cantano per attirare le femmine silenti e, dopo la deposizione delle uova, tutti gli adulti muoiono. Le cicale emergono da terra a fine maggio, e per metà-fine luglio l’incredibile moltitudine è scomparsa, per riemergere dopo 13 o 17 anni, esattamente nello stesso bosco. Per fortuna degli entomologi, non bisogna aspettare così a lungo per studiare le cosiddette periodical cicadas: esistono circa trenta differenti popolazioni (chamate broods e indicate con numeri romani), distribuite lungo gli stati nordorientali degli Stati uniti, che emergono alternativamente a seconda della zona, e quindi in anni differenti. Così, viaggiando di stato in stato, è possibile più o meno ad ogni tarda primavera vedere le Magicicada emergere dal suolo a miliardi.

Le cicale adulte hanno occhi rossi e le ali venate di arancione. Volano poco e goffamente e sono quasi del tutto incapaci di sfuggire ai predatori, che per giunta sono tantissimi: corvi, lucertole, piccoli mammiferi le mangiano, e in passato persino gli uomini facevano parte dei loro nemici, visto che nella tradizione dei nativi americani costituivano un pasto molto apprezzato. La loro unica difesa dai predatori è data dai numeri: miliardi e miliardi di esemplari concentrati in pochi ettari di bosco sono semplicemente troppi, non esistono predatori in numeri tali da poter sfruttare appieno una simile disponibilità di cibo. Verrebbe però da pensare che la selezione naturale avrebbe dovuto in qualche modo approfittare di questa abbondanza, ma così non è stato. E qui entrano in gioco i numeri.

Eh sì, perché sia 13 che 17 sono numeri primi: sono divisibili solo per 1 e per se stessi, e quindi tutti quei predatori con cicli vitali di 2, 3 o 4 anni (ad esempio) soltanto in pochi fortunati frangenti avrebbero potuto godere appieno dell’abbondanza di cicale, che li avrebbe tra l’altro “colti di sorpresa” dal punto di vista evolutivo. Di solito, infatti, le popolazioni di prede e predatori hanno cicli simili, e i loro numeri aumentano o diminuiscono ciclicamente a seconda della presenza o assenza degli altri: troppi predatori fanno diminuire i numeri delle prede e meno prede, a loro volta, influiscono negativamente sulle popolazioni di predatori. Ma per le “cicale dei numeri primi”, evidentemente, nessun predatore è riuscito ad adattarsi a questi cicli vitali così lunghi. Sebbene non si tratti di un’ipotesi condivisa da tutti i biologi, questo evento è comunque affascinante e sorprendente.

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Femmina di Magicicada cassini appartenente al Brood X (C. simon/Wikimedia Commons)

Alcuni scienziati hanno avanzato l’ipotesi che queste frequenze basate sui numeri primi siano comparse in seguito alle glaciazioni: le popolazioni delle cicale periodiche vivono infatti in territori toccati dall’ultimo di questi eventi, circa 20.000 anni fa. Gli insetti, secondo questa ipotesi, potrebbero aver prolungato i loro periodi vitali per emergere soltanto in quelle primavere favorevoli alla riproduzione. D’altra parte ancora oggi ci sono parametri fondamentali che fanno capire agli animali quando è ora di emergere: se a 20 centimetri di profondità la temperatura supera 17,9° C, è giunto il momento di uscire alla luce del sole. Così, sarebbero comparse cicale con cicli vitali variabili dai 12 ai 20 anni, e di queste sarebbero state selezionate quelle con i periodi a cui più difficilmente i predatori avrebbero potuto adattarsi, e quindi quelli di 13 e 17 anni. Secondo altre teorie, la presenza di popolazioni con cicli di 13 e 17 anni di specie diverse avrebbe impedito fenomeni di ibridazione: in fondo, questi eventi si sovrappongono soltanto ogni 13×17, e quindi 221, anni: una frequenza sufficientemente alta per abbassare di molto questo rischio. Va detto però che esistono alcune popolazioni di specie diverse che emergono tutte insieme negli stessi boschi e con cicli perfettamente coordinati per avere numeri ancora più grandi e proteggersi meglio dai predatori, ma in questi casi le cicale coinvolte sanno riconoscere perfettamente chi appartiene alla propria specie e chi no, evitando così il rischio di ibridazioni.

Ancora adesso le popolazioni di cicale hanno al loro interno alcuni individui che “provano” una differente via evolutiva, ad esempio emergendo con qualche anno di anticipo, ma di solito la loro sorte è segnata in partenza: senza la protezione data dai grandi numeri, una cicala goffa, colorata e rumorosa è una preda troppo facile, e a causa della sua “uscita” anticipata ha inoltre molte meno possibilità di trovare un partner. Tra queste “schegge impazzite”, però, qualcuna ha successo: può capitare infatti che gli adulti migrino per qualche chilometro e sovrappongano il loro areale a quello di altre cicale, già dormienti nel sottosuolo. Quei pochi “mutanti” che emergeranno in corrispondenza della popolazione locale otterranno così gli stessi vantaggi degli insetti già presenti. E non è infatti un caso che i biologi appassionati di Magicicada abbiano scoperto che questi passaggi di individui in altre popolazioni, con relativo adattamento dei propri cicli vitali, non siano poi così rari, così come sono piuttosto frequenti anche i passaggi da cicli di 13 a cicli di 17 anni (o viceversa) per molti individui. Come avviene spesso per gli animali che vantano grandi numeri, l’evoluzione, in un certo senso “prova” nuove soluzioni con le mutazioni dei singoli individui. E i risultati, come nel caso delle “cicale dei numeri primi”, possono essere sorprendenti.

Se non vi bastasse sapere questo e state già programmando un viaggio negli Stati Uniti a caccia delle moltitudini di cicale appassionate di matematica, sappiate che il sito www.magicicada.org vi fornisce, quasi in tempo reale, tutte le informazioni aggiornate sulle emersioni e le previsioni di tali eventi. Se invece vi accontentate di restare dietro la vostra scrivania, questo bel video legato a un progetto di crowdfunding di un documentario a tema, è sicuramente adatto a voi.

Return of the Cicadas from motionkicker on Vimeo.