I ricercatori hanno scoperto il segreto di come le termiti costruiscono i loro nidi giganti

Il nuovo studio suggerisce che l’umidità aiuta a guidare gli insetti nelle loro missioni.

Le termiti vengono spesso definite ingegneri della natura. I loro nidi, che possono raggiungere diversi metri di altezza, hanno strutture complesse ed elaborate, con gallerie che garantiscono una comunicazione efficace e ventilano automaticamente l'interno del nido in un modo che farebbe invidia agli ingegneri umani. Come possono migliaia o milioni di insetti coordinare il loro lavoro per costruire nidi durevoli e funzionali per la colonia?

È stato pubblicato sulla rivista un nuovo studio coordinato da Andrea Perna, docente di Sistemi complessi alla Scuola di Studi Avanzati IMT di Lucca eLifeOra ha identificato il meccanismo unico utilizzato dalle termiti per svolgere compiti così insoliti.

Le termiti hanno quasi finito di costruire la loro struttura ad arco. Le luci rosse sono il fascio di luce che lo scanner 3D utilizza per misurare l'avanzamento della costruzione. Credito: Giulio Facchini

Per condurre il loro esperimento di laboratorio sulle termiti Classificare Paglia di copotromi (Originario dell'Asia meridionale, ma si è diffuso sulla costa orientale degli Stati Uniti), i ricercatori hanno creato piccole piazze con strutture artificiali di varie altezze e forme utilizzando argilla bagnata.

Hanno quindi raccolto piccoli gruppi di termiti da una colonia più grande e misurato il loro comportamento costruttivo in risposta a queste strutture monitorando l’attività di tutte le termiti nel gruppo su video, identificando contemporaneamente i cambiamenti nella struttura 3D. In questo modo si potrebbero testare diverse ipotesi per scoprire il meccanismo di coordinamento utilizzato nella costruzione del nido.

Le termiti (Coptotermes gestroi) costruirono spontaneamente alcune colonne nell'arena sperimentale. Credito: Giulio Facchini

Approfondimenti ed esperienze comparative

Nel caso delle formiche, che, insieme alle termiti, sono l'altro grande gruppo di insetti in grado di costruire strutture grandi e complesse, ad esempio, si ritiene che impregnano i materiali da costruzione con il feromone, una sostanza chimica che attira altre formiche in casa . Il cantiere e “racconta” dove costruire. In questo modo, l'azione di una formica operaia stimola l'attività di altre formiche in un processo di autoamplificazione.

Se anche le termiti, come le formiche, dipendono dai feromoni per dirigere la loro attività di costruzione, non dovrebbero mostrare una preferenza nel depositare i loro pellet di materiale da costruzione in un luogo particolare, perché non c’erano feromoni nelle arene artificiali preparate dalle termiti. Sperimentatori. Ma non è stato così: mentre gli ammassi di pellet si sono verificati ovunque nell’arena, tutti i depositi erano localizzati sopra strutture già esistenti. Potrebbero essere in grado di valutare l’altezza delle colonnette e l’eterogeneità del terreno e, in questo modo, continueranno ad aggiungere materiali da costruzione sopra le strutture già esistenti. Ma non era nemmeno così: infatti, le termiti depositavano i loro pellet di muratura con uguale probabilità su colonne corte e lunghe.

Un piccolo gruppo di termiti Coptotermes gestroi aggiunge palline di argilla alle sommità delle colonne artificiali posizionate dagli sperimentatori. Credito: Giulio Facchini

Un’altra ipotesi è che le termiti possano essere in grado di percepire la curvatura del substrato di un edificio, poiché alcuni modelli precedenti hanno dimostrato che l’aggiunta costante di pellet nei punti con la curvatura più elevata è sufficiente per produrre strutture altamente complesse che ricordano i nidi di termiti di alcune specie. “Nelle nostre simulazioni, abbiamo osservato che piccole disomogeneità superficiali hanno una curvatura maggiore rispetto al substrato piatto circostante, e quindi si espandono per formare una colonna, e le estremità appuntite delle colonne, a loro volta, attraggono più depositi di materiale da costruzione e continuano a crescere fino a quando si staccano o si fondono con un'altra colonna.” “Seguendo questa semplice regola si possono formare strutture molto complesse”, afferma Giulio Facchini, primo autore dello studio e ricercatore presso il CNRS Institut Matière et Systèmes Complexes di Parigi, Francia.

Infatti, quando le termiti incontravano stimoli artificiali presentati negli esperimenti, preferivano sempre costruire in siti con curvatura maggiore, aggiungevano pellet in cima alle colonne (indipendentemente dalla loro altezza), e quando veniva stimolato un muretto e quando venivano forniti, spesso ancora si aggiungevano i pellet negli angoli delle pareti, sono i punti dove la curvatura raggiunge il suo massimo.

Comprendere le capacità sensoriali delle termiti

Il problema è: come potrebbero le termiti percepire in modo affidabile la curvatura delle strutture che stavano costruendo? I ricercatori avevano l’idea che l’evaporazione dell’acqua e l’umidità potessero avere qualcosa a che fare con ciò. “Le termiti sono molto sensibili alla concentrazione di umidità: a differenza della maggior parte degli altri insetti, hanno un esoscheletro sottile e una pelle liscia, il che significa che anche un'esposizione prolungata a livelli di umidità inferiori al 70% può essere fatale per loro”, spiega Perna. “Non sorprende molto che possano percepire questi gradienti di umidità e rispondere ad essi con il loro comportamento”.

Ma come lo dimostri? “Abbiamo trovato una soluzione che è stata descritta come 'una soluzione molto innovativa e a basso contenuto tecnologico'” da uno dei revisori anonimi della rivista eLife: Abbiamo allestito arene sperimentali simili a quelle usate con le termiti, ma questa volta l'argilla era impregnata con una soluzione salina di bicarbonato di sodio. Quando l'acqua evaporava dalla salamoia, lasciava piccoli cristalli di sale, la cui crescita segnava le zone di maggiore evaporazione: erano le punte delle colonne, gli angoli dei muri: esattamente le stesse zone che scelsero le termiti riprodurre. Attività di cantiere!” spiega Facchini.

“Ciò che ci ha davvero sorpreso è stata la scoperta che le termiti utilizzano una soluzione così semplice a un problema molto complesso”, commenta Perna. “Nei nostri esperimenti, la complessità del nido deriva da un solo semplice meccanismo: le termiti devono solo aggiungere pellet di materiale a seconda dell’umidità locale, ma i pellet che aggiungono a loro volta cambiano l’intero modello di evaporazione e umidità, stimolando altre termiti a costruire”. in un luogo diverso e così via fino alla produzione di strutture molto complesse.

Riferimento: “Substrate evaporation drive Collective Construction in termites” di G. Facchini, A. Ratey, S. Douady, D. Sillam-Dussès e A. Perna, 8 febbraio 2024, eLife.
doi: 10.7554/eLife.86843.3