Il cervello degli insetti e loro incredibili capacità di navigazione

Gli esseri umani sono navigatori versatili e abili, ma gli insetti potrebbero possedere capacità di orientamento ancora superiori. Per loro, infatti, si tratta letteralmente di una questione di vita o di morte – ed è per questo che un gruppo di ricercatori ha deciso di congelare alcune formiche e scarafaggi (tranquilli, sono sopravvissuti) per scoprire di più su come ricordano il percorso verso casa dopo un’uscita.

Navigazione incredibile

Le capacità di questi insetti sono davvero straordinarie. Le formiche che vivono nei salinai del Sahara, ad esempio, possono percorrere più di un chilometro, sapendo sempre dove si trovano rispetto al loro nido. In quell’ambiente non ci sono punti di riferimento o caratteristiche del terreno che possano aiutare le formiche a orientarsi. Invece, simili ai grandi esploratori come Cristoforo Colombo e Ferdinando Magellano, queste formiche usano la posizione del Sole come bussola e i loro movimenti per stimare le distanze. Conoscendo la direzione e la distanza percorsa, possono tracciare una linea immaginaria per tornare a casa in sicurezza dopo aver trovato il cibo.

Per capire quanto siano eccezionali queste formiche, i ricercatori hanno sottolineato che un chilometro è circa 100.000 volte la lunghezza del corpo di una formica. Sarebbe come se un essere umano camminasse da New York a Washington DC e ritorno, conoscendo sempre la direzione corretta e la distanza da percorrere senza utilizzare punti di riferimento.

Dentro il cervello degli insetti

Grazie ai recenti progressi nella microscopia e nella genetica, gli scienziati sono riusciti a far emettere colori diversi alle diverse cellule cerebrali. Questo grande risultato ha permesso di distinguere i singoli neuroni e capire come si collegano nel “gomitolo” neurale che compone il cervello.

La tecnica è stata utilizzata per osservare come il cervello di un insetto tiene traccia della direzione e per identificare le cellule cerebrali che codificano la velocità mentre l’insetto si muove. Con queste informazioni, il cervello può calcolare quanto ha viaggiato aggiungendo costantemente la velocità attuale alla memoria durante il viaggio.

Sia la direzione che la distanza percorsa dall’insetto vengono codificate dai neuroni nel cervello mentre si allontana dal nido. Ma come viene memorizzato tutto ciò per consentire loro di ritrovare la strada di casa?

Investigare la memoria

Il fenomeno ha rappresentato un affascinante enigma per i ricercatori. Gli insetti navigatori in rapido movimento devono aggiornare costantemente la memoria di direzione e distanza, ma allo stesso tempo possono ricordarla per diversi giorni. Questi due aspetti della memoria – aggiornamento rapido e durata prolungata – sono di solito considerati incompatibili, ma gli insetti sembrano riuscire a combinarli.

Per scoprire come fanno, i ricercatori hanno deciso che congelare gli insetti fosse il modo migliore per trovare la risposta.

Gli anestesisti sanno che quando una persona viene anestetizzata, dimentica alcune cose accadute prima dell’anestesia, ma ne ricorda altre, a seconda di come sono memorizzate. L’equivalente dell’anestesia per gli insetti è abbassarli a una temperatura vicina al punto di congelamento (0°C). A questa temperatura, l’attività elettrica nel cervello si interrompe e gli insetti entrano in coma.

Se le memorie di direzione e distanza sono mantenute come attività elettrica a breve termine, verranno cancellate quando gli insetti vengono congelati. Ma se sono immagazzinate nelle sinapsi tra i neuroni (come memorie a lungo termine), saranno mantenute.

I ricercatori hanno quindi catturato formiche e scarafaggi lontano dai loro nidi e li hanno raffreddati a 0°C per 30 minuti. Dopo averli riportati alla temperatura ambiente e una volta recuperati, li hanno rilasciati in un luogo sconosciuto per osservare il loro comportamento.

I risultati dell’esperimento

Di solito, quando questi insetti vengono rilasciati in un luogo sconosciuto nel loro ambiente domestico, corrono verso dove sarebbe stato il loro nido se non fossero stati spostati. Corrono parallelamente al loro percorso normale e, una volta percorsa la distanza prevista, iniziano a cercare l’ingresso del nido.

Ma gli scienziati hanno scoperto che gli insetti congelati si muovevano nella direzione attesa, ma avevano dimenticato la distanza da percorrere – il che significava che iniziavano a cercare l’ingresso del nido troppo presto.

Inizialmente è stato sorprendente che la memoria della distanza si deteriorasse mentre quella della direzione veniva conservata. Questo risultato non ha prodotto la distinzione netta tra memoria a breve termine (dimenticata) e a lungo termine (conservata) che gli studiosi si aspettavano. Tuttavia, la spiegazione più plausibile sembra essere che non esistano due memorie separate, ma una memoria comune che codifica insieme direzione e distanza – e che si degrada parzialmente quando viene congelata.

Come funziona

I ricercatori suggeriscono che invece di ricordare separatamente una distanza e una direzione (o angolo), gli insetti memorizzino la propria posizione in coordinate x-y, ovvero il sistema di coordinate cartesiane.

Se una parte della memoria viene persa, i valori di x e y si riducono entrambi. Supponendo che venga persa una proporzione simile di memoria su entrambi gli assi, si otterrà una distanza più breve ma lo stesso angolo, ovvero la stessa direzione. Sembra che gli insetti abbiano utilizzato il sistema di coordinate cartesiane per tornare a casa molto prima che René Descartes formalizzasse il concetto.

Che si tratti di umani o insetti, tutti abbiamo bisogno di tornare a casa. Studiare come il cervello degli insetti ricorda può aiutare a comprendere meglio anche i meccanismi della memoria umana.