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Jul 15, 2023

La geosmina sopprime il comportamento difensivo e suscita risposte neurali insolite nelle api mellifere

Scientific Reports volume 13,

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 3851 (2023) Citare questo articolo

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La geosmina è un odorizzante prodotto dai batteri nel terreno umido. Si è scoperto che è straordinariamente rilevante per alcuni insetti, ma le ragioni di ciò non sono ancora del tutto chiare. Riportiamo qui i primi test sull'effetto della geosmina sulle api mellifere. Un test di puntura ha mostrato che il comportamento difensivo suscitato dal feromone di allarme delle api, l'isoamil acetato (IAA), è fortemente soppresso dalla geosmina. Sorprendentemente, la soppressione è, tuttavia, presente solo a concentrazioni di geosmina molto basse e scompare a concentrazioni più elevate. Abbiamo studiato i meccanismi sottostanti a livello dei neuroni dei recettori olfattivi mediante elettroantennografia, riscontrando che le risposte alle miscele di geosmina e IAA sono inferiori rispetto all'IAA puro, suggerendo un'interazione di entrambi i composti a livello dei recettori olfattivi. L'imaging del calcio del lobo antennale (AL) ha rivelato che le risposte neuronali alla geosmina diminuivano con l'aumentare della concentrazione, correlandosi bene con il comportamento osservato. La modellazione computazionale della trasduzione e della codifica degli odori nell'AL suggerisce che una più ampia attivazione dei tipi di recettori olfattivi da parte della geosmina in combinazione con l'inibizione laterale potrebbe portare alle risposte crescenti-decrescenti non monotone osservate alla geosmina e quindi alla base della specificità della risposta comportamentale a basse concentrazioni di geosmina.

La geosmina è un composto ammuffito e dall'odore terroso prodotto da molteplici microrganismi di vari cladi come cianobatteri, attinobatteri (ad esempio Streptomyces sp.), protozoi, muffe e funghi1,2. Gli attinobatteri (compresi gli Streptomyces) sono ampiamente associati ai nidi di imenotteri, che probabilmente proteggono dagli agenti patogeni grazie alla loro produzione naturale di antibiotici3,4,5. Uno studio recente ha scoperto che le regine delle formiche rosse (Solenopsis invicta) hanno iniziato preferenzialmente nuovi nidi in terreni ricchi di attinobatteri. Questa attrazione è stata in parte mediata dalla geosmina e ha portato a un tasso di sopravvivenza più elevato della regina6. La geosmina è ecologicamente importante anche per altri insetti, come la mosca dell'aceto Drosophila melanogaster e la zanzara Aedes a Egypti. Tuttavia, evoca risposte drammaticamente diverse in quelle specie. La geosmina suscita una forte avversione in D. melanogaster, anche in presenza di composti attrattivi7,8. Ciò potrebbe servire ad evitare l'ovideposizione su frutti ammuffiti e non idonei8, oppure a fornire un migliore contrasto con frutti maturi caduti, rendendo così la ricerca più efficiente9. Nell'Ae. a Egypti, al contrario, la geosmina è un forte attrattivo10. Ciò è probabile perché segnala la presenza di terreno umido, nel quale possono essere deposte le uova. La geosmina, infatti, è nota anche per essere uno dei componenti principali del Petrichor, "l'odore della terra bagnata"2.

Nel primo centro cerebrale di elaborazione olfattiva degli insetti, il lobo antennale (AL), la maggior parte degli odori suscitano uno schema combinatorio di risposte glomerulari11,12. Tuttavia, alcuni odori, spesso con elevata rilevanza biologica (ad esempio i feromoni sessuali), attivano solo un singolo glomerulo. Quando questa risposta viene elaborata in modo indipendente anche nei centri cerebrali superiori, dando luogo a risposte comportamentali stereotipate, il circuito viene definito linea etichettata12. La geosmina è uno dei pochissimi composti che attivano solo un singolo glomerulo in D. melanogaster e Ae. Zanzare egiziane8,10. Nelle mosche, la sua elaborazione è ulteriormente segregata dal punto di vista funzionale nei centri cerebrali superiori, dove ha la priorità rispetto ad altri segnali olfattivi per innescare un comportamento di evitamento8.

Nonostante la rilevanza ecologica della geosmina in molte specie di insetti, le risposte comportamentali e fisiologiche a questo odore non erano state precedentemente studiate nell’ape mellifera Apis mellifera. Qui forniamo i primi dati per affrontare questa domanda. Questo lavoro è stato motivato dalla questione se la geosmina, che è un indizio olfattivo dell'imminente pioggia estiva per gli esseri umani, potesse essere anche un indicatore meteorologico per le api mellifere13. Se così fosse, dovrebbe modulare il comportamento delle api, poiché sono stati segnalati effetti dipendenti dal clima su un’ampia gamma di comportamenti delle api, anche per le attività all’interno dell’alveare14. I cambiamenti comportamentali nelle raccoglitrici sembrano addirittura anticipare i cambiamenti del tempo15.