Ruoli comportamentali delle ammine biogene nei maschi di calabrone

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 20946 (2022) Citare questo articolo

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Per confrontare i ruoli comportamentali delle ammine biogene nei maschi delle api eusociali primitive e avanzate, abbiamo determinato i livelli di sostanze correlate alla dopamina e all'octopamina nel cervello e gli effetti comportamentali di queste monoammine mediante iniezione di farmaci nel calabrone eusociale primitivo , Bombus ignitus. I livelli di dopamina e dei suoi precursori nel cervello hanno raggiunto il picco nella fase tardiva della pupa, ma il picco della dopamina si è esteso fino alla comparsa dell’adulto. I livelli di tiramina e octopamina aumentavano dallo stadio medio-pupa a quello adulto. Le attività locomotorie e di volo e la preferenza per la luce aumentavano con l'età. L'iniezione di octopamina e del suo antagonista recettoriale ha avuto effetti significativi sulle attività locomotorie e di volo, mentre l'iniezione di dopamina no, indicando che queste attività possono essere regolate dal sistema ottopaminergico. Abbiamo anche determinato la dinamica delle sostanze legate alla dopamina nei droni delle api mellifere (Apis mellifera). I cambiamenti nel livello di dopamina nel cervello dei fuchi delle api mellifere hanno mostrato due picchi dallo stadio pupa a quello adulto, mentre i maschi dei calabroni hanno avuto un solo picco. Questi sono coerenti con le funzioni comportamentali della dopamina nei fuchi delle api mellifere e con l’inefficacia dell’iniezione di dopamina nella fase adulta nei maschi di calabrone.

L'eusocialità è il sistema sociale più complesso, con divisione del lavoro tra individui geneticamente imparentati, ed è stata segnalata in varie specie in un'ampia gamma di taxa di insetti1,2,3,4. Negli imenotteri eusociali, i comportamenti sociali che comportano la cooperazione tra i membri della colonia si osservano solo nelle femmine. Gli imenotteri eusociali maschi sono specializzati nella riproduzione e non partecipano alla costruzione del nido, alla cura della covata o alla difesa della colonia1,2,5, sebbene i maschi delle api eusociali contribuiscano alla termoregolazione coloniale6,7. Pertanto, i repertori comportamentali dei maschi sono molto più piccoli di quelli dei lavoratori. Lo studio dei comportamenti dei maschi e dei meccanismi fisiologici associati può fornire importanti spunti sulla specializzazione del comportamento per la riproduzione nei maschi in ambienti altamente sociali.

Negli ambienti eusociali avanzati, i comportamenti dei fuchi delle api mellifere (Apis mellifera) sono stati studiati in vari campi di ricerca, tra cui genetica, endocrinologia, biologia riproduttiva e biologia evolutiva8. I droni delle api mellifere maturano sessualmente entro una settimana dopo la nascita e iniziano a volare per accoppiarsi con le regine vergini5,9. Le attività locomotorie e di volo associate alla riproduzione nei droni aumentano con l'età durante la loro maturazione sessuale10. I droni delle api mellifere ritornano alla colonia madre, mentre i maschi dei calabroni non apprendono la posizione della colonia e non vi ritornano mai7,11,12. Dopo aver lasciato il nido, i maschi dei calabroni si procurano il cibo mentre cercano le ginestre con cui accoppiarsi. Ciò potrebbe essere dovuto alla produzione maschile alla fine della stagione delle colonie, quando lo stato nutrizionale delle colonie di calabroni diminuisce. Pertanto, la dipendenza dei maschi dalla colonia differisce tra l'ape mellifera e il calabrone, il che potrebbe riflettere l'adattamento del comportamento maschile ai diversi ambienti sociali.

Le ammine biogene sono agenti fisiologici che funzionano come neurotrasmettitori, neuromodulatori e neuroormoni in varie specie di insetti13,14,15,16,17. Queste sostanze sono coinvolte nella divisione del lavoro legata all'età nelle api operaie18,19 e nel comportamento riproduttivo delle regine vergini20,21. Nei fuchi delle api mellifere, i livelli di dopamina e octopamina nel cervello aumentano con l'età10,22,23. L'iniezione di queste monoammine nell'emolinfa dei droni migliora le loro attività locomotorie e di volo10,23. Pertanto, gli aumenti dei livelli di dopamina e octopamina nel cervello possono essere strettamente correlati alle attività di volo di accoppiamento dei fuchi delle api mellifere. La dopamina migliora anche le attività locomotorie e di volo nei maschi dell'ape solitaria Xylocopa appendiculata24, che condivide un antenato comune negli Apidae25. Pertanto, la regolazione del comportamento riproduttivo maschile da parte delle ammine biogene potrebbe essere condivisa tra le api eusociali e dovrebbe essere testata in altre specie all’interno di un clade monofiletico, come le api corbiculate.