cervello degli insetti

Il cervello degli insetti

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Noi umani siamo navigatori versatili e abili, ma gli insetti potrebbero avere capacità di navigazione anche migliori. Per loro è letteralmente una questione di vita o di morte.

Le loro abilità sono piuttosto impressionanti. Le formiche che vivono nelle saline del Sahara possono viaggiare per più di un chilometro, conoscendo in ogni momento la loro posizione in relazione al loro nido. Non ci sono punti di riferimento o altre caratteristiche in quel terreno per aiutare le formiche a riconoscere dove si trovano. Invece, come i grandi esploratori, come Cristoforo Colombo e Ferdinando Magellano, le formiche usano la posizione del Sole nel cielo come una bussola e il proprio moto per stimare le distanze. Se conosci la direzione e la distanza in cui ti sei allontanato da casa, puoi tracciare una linea che punta ad essa. Ciò consente alle formiche di tornare a casa in sicurezza dopo aver trovato il cibo.

Per dare una prospettiva su ciò che fanno questi straordinari insetti, considera che un chilometro è circa 100.000 volte la lunghezza del corpo di una formica. Ciò equivale a un essere umano che cammina da New York a Washington DC, e poi torna indietro, sapendo in ogni momento la direzione corretta e quanto lontano deve andare senza usare punti di riferimento.

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Dentro il cervello degli insetti

Grazie ai recenti sviluppi della microscopia e della genetica, gli scienziati sono stati in grado di far sì che diverse cellule cerebrali emettano diversi colori di luce. Questo enorme risultato ha permesso ai ricercatori di distinguere i singoli neuroni e di districare il modo in cui si collegano tra loro nelle reti neurali che compongono il cervello.

La tecnica è stata utilizzata per vedere come il cervello di un insetto tiene traccia della sua direzione e identifica le cellule cerebrali che codificano la velocità di un insetto mentre si muove. Con queste informazioni, il suo cervello può calcolare la distanza percorsa aggiungendo costantemente la sua velocità attuale alla sua memoria durante il viaggio.

Sia la direzione che la distanza percorsa dall’insetto sono codificate dai neuroni nel suo cervello mentre si allontana dal nido. Ma come viene immagazzinato nella loro memoria in modo che possano ritrovare la strada del ritorno?

Indagare sulla memoria

Gli insetti naviganti in rapido movimento hanno bisogno di aggiornare costantemente al volo la loro memoria di direzione e distanza, eppure possono ricordarla per diversi giorni. Questi due aspetti della memoria – aggiornamento rapido e lunga durata – sono generalmente considerati incompatibili, eppure gli insetti sembrano riuscire a combinarli.

Alcuni scienziati hanno deciso di indagare esattamente su come gli insetti riescono a ricordare ricordi in costante aggiornamento per un lungo periodo di tempo e hanno deciso che congelare gli insetti era il modo migliore per trovare la risposta. Suona strano lo so, ma lascia che ti spieghi perché.

Gli anestesisti sanno che quando qualcuno va sotto anestesia dimentica alcune cose che sono accadute prima dell’anestesia, ma ne ricorda altre, a seconda di come questi ricordi sono archiviati. La cosa più vicina all’anestesia per gli insetti è raffreddarli. Quando la loro temperatura si riduce alla temperatura del ghiaccio in scioglimento (0ºC), l’attività elettrica nel cervello si interrompe e gli insetti cadono in coma.

Se i loro ricordi di direzione e distanza vengono mantenuti come attività elettrica a breve termine, verranno spazzati via quando vengono congelati, ma se vengono immagazzinati nelle sinapsi tra i neuroni (come ricordi di lunga durata) verranno mantenuti.

Quindi, hanno catturato formiche e scarafaggi quando erano lontani dai loro nidi e li hanno raffreddati fino alla temperatura del ghiaccio in scioglimento (0ºC) per 30 minuti. Poi li hanno riportati a temperatura ambiente e, una volta guariti, li hanno rilasciati in un luogo sconosciuto per vedere cosa avrebbero fatto.

In genere, quando questi insetti vengono rilasciati in un luogo sconosciuto nel loro ambiente domestico, corrono direttamente verso il punto in cui sarebbe stato il loro nido se non fossero stati spostati. Cioè correrebbero paralleli al loro percorso normale e, una volta che hanno percorso la distanza prevista, inizierebbero a cercare l’ingresso del loro nido.

Ma hanno scoperto che gli insetti che erano stati congelati si muovevano nella direzione prevista, ma avevano dimenticato la distanza che avrebbero dovuto percorrere: questo significava che avevano iniziato a cercare l’ingresso del loro nido troppo presto.

Inizialmente era sconcertante che la memoria a distanza si deteriorasse mentre la memoria di direzione veniva preservata: questo risultato non ha prodotto la netta distinzione tra memoria a breve termine (dimenticata) e memoria a lungo termine (conservata) che ci si aspettava. Ma si pensa che la migliore spiegazione per il fenomeno non siano due memorie separate, ma una memoria comune che codifica sia la direzione che la distanza combinate e che decade parzialmente quando è congelata.

Ecco come pensiamo che funzioni.

Immagina che invece di ricordare una distanza e una direzione (o angolo), ricordi la tua posizione in coordinate xy, cioè il sistema di coordinate cartesiane che abbiamo imparato a scuola.

Quindi, se perdi parte della tua memoria, entrambi i valori x e y verranno ridotti e, supponendo che tu perda una proporzione simile di memoria su entrambi gli assi, ti ritroverai con una distanza più breve ma sempre con lo stesso angolo o direzione. Sembra che gli insetti abbiano utilizzato i sistemi di coordinate cartesiane per tornare a casa molto prima che René Descartes formalizzasse il concetto. Quant’è fico?

Che siano umani o insetti, tutti abbiamo bisogno di tornare a casa. Imparare come ricordano i cervelli degli insetti ci aiuterà a capire come lo facciamo anche noi umani.

Autore

Ioannis Pisokas, Università di EdimburgoAjay NarendraUniversità di MacquarieAyse Yilmaz-HeusingerUniversità di Lund