Fino a oggi si riteneva che il senso dell’olfatto negli insetti risiedesse quasi unicamente nelle antenne, raffinate strutture specializzate nell’intercettare le molecole odorose riflesse dal vento. Tuttavia, uno studio “Noses on the wing: the olfactory capacity of hawkmoth wings” pubblicato sul Journal of Experimental Biology condotto dai ricercatori del Max Planck Institute for Chemical Ecology di Jena (Germania) in collaborazione con l’Università Ain Shams del Cairo ha stravolto questo paradigma scientifico: le ali della sfinge del tabacco (Manduca sexta) non servono solo a volare e a percepire i flussi d’aria, ma sono in grado di “annusare” direttamente l’ambiente circostante.
La scelta della pianta
La ricerca si è concentrata sulla sfinge del tabacco (Manduca sexta), un lepidottero notturno utilizzato come organismo modello nella neurobiologia. Durante le fasi di volo e di posa, la femmina di questa specie deve identificare con estrema precisione le piante su cui deporre le proprie uova. La scelta della pianta ospite è una decisione fondamentale per la sopravvivenza: i bruchi dovranno nutrirsi delle sue foglie fin dalla nascita, e un errore da parte della madre condannerebbe la prole alla fame.
Tramite l’utilizzo della microscopia elettronica a scansione (SEM), la squadra guidata dal Dott. Ahmed Reda Ismaieel e dalla Dott.ssa Sonja Bisch-Knaden ha esaminato in dettaglio i margini delle ali anteriori e posteriori di Manduca sexta. I ricercatori hanno identificato tra i 21 e i 32 sensilli setacei distribuiti lungo il bordo di ciascuna ala.
Oltre alle strutture meccanosensoriali (utili per percepire le turbolenze e guidare il volo), queste setole hanno sottili pori lungo le pareti cuticolari, una caratteristica anatomica tipica dei recettori chimici aerei capaci di catturare molecole gassose.
Le analisi molecolari di espressione genica condotte in seguito presso il Max Planck Institute hanno confermato che nei tessuti alari sono attivi i geni dedicati ai recettori chemiosensoriali, in particolare i Gustatory Receptors (GRs) e gli Ionotropic Receptors (IRs). Nello specifico, sono stati rilevati alti livelli di espressione dei co-recettori IR76b (associato alla percezione delle ammine) e IR8a (associato agli acidi volatili). Con grande stupore, il gene per il co-recettore obbligatorio dei classici recettori dell’olfatto (ORCo) è risultato assente nelle ali, dimostrando che l’organo alare sfrutta una via di segnalazione chimica alternativa a quella delle antenne.
Specificità chimica
I test elettrofisiologici eseguiti durante la ricerca hanno rivelato che i sensilli alari rispondono in modo specifico e marcato a due particolari ammine volatili: la pirrolidina e la piperidina. Questi composti chimici organici costituiscono l’impronta aromatica caratteristica delle piante della famiglia delle Solanaceae (che include tabacco, pomodoro, melanzana e petunia), la nicchia ecologica d’elezione per la sfinge del tabacco.
Attraverso simulazioni di modellazione proteica e docking molecolare, i ricercatori hanno identificato nei recettori del clade IR7d (specifico dei Lepidotteri) i candidati principali responsabili di questo riconoscimento molecolare.
Durante il battito alare in prossimità della chioma vegetale, le ali producono micro-turbolenze che indirizzano gli alcaloidi gassosi verso le setole marginali, consentendo all’insetto di confermare la qualità della pianta prima di posarsi o deporre le uova.
La scoperta che gli insetti possano “annusare” il mondo non solo con le antenne, ma anche direttamente con le ali, apre nuovi scenari nell’ambito della biologia evolutiva. Comprendere come la sfinge del tabacco utilizzi i recettori ionotropici alari potrà inoltre guidare lo sviluppo di nuove strategie ecocompatibili per la gestione degli insetti nocivi in agricoltura.
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