Selezione e riproduzione

di Giacomo Acerbi

Il comportamento igienico nelle api

Noi, siamo gli ultimi della fila
Siamo terre mai visto prima, solo noi
Noi siamo l’ancora e non la vela
Siamo l’amen di una preghiera, siamo noi

Tiki Bom Bom – Levante

Dopo aver dedicato diversi articoli alle caratteristiche etologiche, riproduttive e comportamentali dei fuchi e delle api regine, propongo ora di focalizzare l’attenzione sul comportamento igienico dell’alveare. Tale attitudine basilare per la salute delle api è, infatti, il carattere più importante per allevare e selezionare colonie più robuste, produttive e per cercare di contrastare le molteplici insidie che gravano oggi sulla sopravvivenza di api e apicoltura.

Gli organismi sociali complessi ostacolano i patogeni con risposte e comportamenti immunitari innati individuali o attraverso l’immunità sociale, attitudini che limitano la trasmissione di patogeni. Le api cioè esprimono due diversi e sinergici sistemi immunitari, uno “classico” è contraddistinto da una serie di proteine che riconoscono gli agenti patogeni e che determinano un insieme di connesse reazioni per contrastare la minaccia patogena; il secondo è un sistema di “immunità sociale” che determina diversi comportamenti di profilassi. Il comportamento igienico ad esempio è un complesso meccanismo di immunità sociale delle api nei confronti di agenti patogeni che colpiscono il superorganismo alveare ed è presente e si ritrova in molti altri insetti sociali (Pull, 2018). Si è giunti oggi a una comprensione relativamente dettagliata della genetica e dell’evoluzione del sistema immunitario innato degli animali, sappiamo invece assai poco dell’immunità sociale. Sono perciò stati realizzati importanti studi, con notevoli acquisizioni scientifiche, sul comportamento igienico dell’Ape mellifera; è, infatti, un modello eccellente per studiare e cercare di comprendere la genetica e l’evoluzione dell’immunità sociale negli animali.

Il complesso sistema di immunità sociale dell’alveare

Sono considerati meccanismi comportamentali immunitari sociali: le secrezioni che impediscono la crescita di funghi e batteri, l’auto-esclusione o l’esclusione di altre api dal resto della colonia o solo da alcune parti di essa, la rimozione o il cannibalismo nei confronti di operaie infette o morte, le attività di pulizia, il rilevamento e la rimozione di covata infetta o morta dalla colonia. Un insieme di attività e comportamenti che determinano una notevole efficacia nella prevenzione delle epidemie.

Giuseppe Pellizza da Volpedo – Idillio campestre nei prati della pieve a Volpedo (Il girotondo)

Nel superorganismo alveare, così come in altri organismi sociali complessi, per limitare la trasmissione di patogeni sono attivi diversi e sinergici sistemi immunitari, innati individuali o sociali. Un sistema immunitario “classico” e un sistema di “immunità sociale” che determinano diversi comportamenti di profilassi

Il girotondo - Giuseppe Pellizza da Volpedo
Comportamento igienico naturale

Comportamento igienico naturale (non indotto da pin test): le api riconoscono e disopercolano la covata danneggiata dai virus veicolati dalla Varroa. Il comportamento igienico comporta una pressione selettiva negativa sui ceppi di Varroa più virulenti: le api igieniche riconoscono grazie a stimoli olfattivi i segnali chimici rilasciati dalla covata colpita e danneggiata dai virus

Foto di Giacomo Acerbi

Nello specifico il comportamento igienico delle api è messo in atto, all’interno del nido, da api di età compresa tra i 15 e i 20 giorni (Arathi, 2000), che riconoscono e rimuovono la covata colpita da infezioni batteriche (Paenibacillus larvae) e da malattie fungine (Ascosphaera apis), prima che la patologia diventi endemica e si diffonda nell’alveare tramite sporulazione (Rothenbuhler, 1964).Inoltre le colonie che manifestano un elevato comportamento igienico, possono anche riconoscere, disopercolare e rimuovere la covata infestata dall’ectoparassita Varroa destructor, riducendo il tasso di riproduzione e la diffusione delle infezioni virali veicolate dall’acaro nella colonia (Spivak, 1996). Le api selezionate per l’igienicità, riconoscono e rimuovono la covata colpita da peste americana intorno al quinto giorno di vita della larva, così da evitare la trasmissione e la proliferazione delle spore.

Foto pupe di diversi stadi di sviluppo

Pupe di diversi stadi di sviluppo, colpite da virus DWV, che manifestano danni e malformazioni che non gli permetterebbero di diventare membri attivi della colonia

Foto di Giacomo Acerbi

Il complesso sistema di immunità sociale dell’alveare

L’inizio della rimozione di covata infestata da varroa invece, avviene dopo 60 ore dall’opercolatura, allo stadio di pupa (Spivak, 1996), successivamente all’inizio dell’ovodeposizione da parte dell’acaro (Donzè, 1996). Pertanto la rimozione della pupa in tale fase, garantisce anche l’eliminazione della progenie di varroa.

La base genetica del comportamento igienico è complessa e frutto dell’interazione di più geni associati, che determinano questa caratteristica attitudinale. Sono stati individuati a oggi, tramite mappatura genetica e sequenziamento di regioni del DNA, sette specifici QLT (quantitative traits loci)(1), ognuno dei quali controlla dal 9 al 15% della varianza fenotipica(2) (Lapidge, 2002), ma l’architettura genica completa di questo carattere è ancora in parte sconosciuta. Un carattere quantitativo è determinato dalla somma dell’azione di più geni che esprimono un fenomeno additivo. Di conseguenza più QTL, che possono trovarsi anche su diversi cromosomi, sono associati a un singolo carattere. Il numero di QTL coinvolti in un carattere fornisce informazioni sulle caratteristiche genetiche del carattere. Il comportamento igienico è quindi un carattere quantitativo, in altre parole determinato dalla somma dell’azione di più geni che determinano e partecipano alla sua manifestazione fenotipica. Come carattere quantitativo, questo comportamento manifesta una variabilità fenotipica dovuta dalle differenze genetiche tra individui e dall’influenza dell’ambiente. L’evoluzione nel tempo modifica la frequenza e la distribuzione delle caratteristiche genetiche e dei fenotipi conseguenti. Ad esempio, la rapidità e l’efficienza nella rimozione della covata danneggiata possono essere influenzate dalle condizioni di raccolto (Thompson, 1964) e dalla percentuale di api nella colonia in grado di svolgere questo compito (Arathi, 2001).

Carattere quantitativo poligenico

Un esempio di un carattere quantitativo poligenico: varia in modo continuo, all’interno di un determinato intervallo (ad esempio l’altezza) e si presenta secondo un continuum di variabilità fenotipica. L’eredità e l’espressione del fenotipo dipende da più geni distribuiti in loci diversi, ognuno dei quali contribuisce in modo additivo all’espressione del fenotipo

Tratto da: http://farescienzealliceo.blogspot.com/2011/10/eredita-poligenica-o-multifattoriale.html

Già nel lontano 1964 Walter Rothenbuhler, genetista e studioso di api, dimostrò, con incroci tra una linea femminile che manifestava un alto livello di igienicità ed una maschile che non presentava questo carattere, la modalità attraverso la quale questo comportamento si manifesta e viene ereditato nella progenie: è necessaria l’omozigosi recessiva(3). Ciò significa, ad esempio, che per verificare nel comportamento delle api figlie di un determinato incrocio l’attitudine a disopercolare la covata danneggiata, i due alleli (uno materno e uno paterno) presenti nel locus cromosomico(4) che codifica quel carattere, devono essere entrambi recessivi. Soltanto il genotipo omozigote recessivo (aa) manifesta il comportamento dell’apertura della covata danneggiata; gli individui eterozigoti e cioè quelli che hanno un allele dominante e uno recessivo, non lo manifestano. Le componenti del comportamento igienico sono controllate da loci cromosomici indipendenti tra loro, che insieme forniscono alle api l’insieme dell’architettura genetica necessaria alla manifestazione di questo comportamento: riconoscere, aprire e rimuovere la covata danneggiata. Quindi il carattere deve essere omozigote recessivo in più di un locus contemporaneamente. Ciò significa che in una linea di selezione dobbiamo provare a intensificare la pressione su tutti i comportamenti che determinano il comportamento igienico e che possiamo osservare dallo studio del fenotipo: aprire e pulire la covata danneggiata. Il comportamento igienico è uno dei migliori esempi di come un comportamento complesso di un organismo come le api, sia sotto lo stretto controllo di una semplice legge mendeliana. Questo significa che se nell’ambito di un programma di accoppiamenti si vuole selezionare e intensificare il comportamento in grado di contrastare alcune malattie, è necessario che in entrambi i riproduttori, ci sia la presenza di questo carattere nel fenotipo. Se, ad esempio, fecondiamo una linea femminile che manifesta questo comportamento con fuchi provenienti da una colonia che non manifesta questo carattere, nel risultato dell’incrocio (F1), molto probabilmente, avremo api che non esprimono questo comportamento.

Nella selezione del comportamento, come per quasi tutte le caratteristiche ereditarie legate alla salute delle api, è fondamentale quindi lavorare sia per via materna che paterna: la selezione di linee maschili e il controllo degli accoppiamenti è la chiave per intensificare e far sì sia ereditata questa caratteristica nella progenie. Se quest’aspetto viene trascurato, anche la linea femminile migliore incrociata con i fuchi sbagliati, potrà perdere questo carattere, nell’arco di due generazioni. La selezione di linee maschili con il fenotipo desiderato consente di aumentare la presenza e il tenore di questo carattere in modo additivo e sinergico.

Come le api possono riconoscere la covata danneggiata?

Da diverse ricerche scientifiche è emerso che la capacità e velocità di individuazione della covata malata, infestata da varroa o danneggiata da virus veicolati dall’acaro, è determinata e mediata da stimoli di natura olfattiva.
Le api definibili igieniche hanno una predisposizione maggiore nel riconoscere l’odore della covata danneggiata e questo comportamento può dipendere dalla capacità delle api di rilevare precisi segnali olfattivi e dalla loro soglia di risposta e di attenzione nel rimuovere gli agenti che emettono questi segnali chimici. La predisposizione genetica alla sensibilità nella rilevazione di odori anomali nella covata può facilitare l’espressione del comportamento igienico: ad esempio è stato dimostrato come api definibili igieniche presentino una maggiore capacità olfattiva nell’individuazione di pupe infettate con bassissime concentrazioni di spore di Ascosphaera apis (Materman, 2001). D’altro canto la stessa covata parassitata da varroa gioca un ruolo attivo nell’innescare il comportamento igienico della colonia: questo carattere è stato associato sia a singole cellette di covata infestate da varroa (Cheruyot, 2018) sia a covata infestata da un maggior numero di acari (Harbo e Harris, 2005). Ma il comportamento igienico non è influenzato né dalla percezione di movimenti della varroa sotto opercolo (Aumeier, 2001), né dall’odore dell’acaro, poiché questi è capace di imitare gli odori dell’ospite (camouflage passivo della Varroa. Martin, 2001). I segnali olfattivi che innescano un comportamento igienico provengono direttamente dalla covata infestata dall’acaro (Mondet, 2016), grazie ad una maggiore produzione di idrocarburi cuticolari (Nazzi, 2018) e a ferormoni di estere di covata (Mondet, 2016). È la segnalazione larvale che completa la somma delle caratteristiche legate all’igienicità ereditate nelle api adulte: covata proveniente da colonie igieniche viene rimossa meglio e più in fretta rispetto a quella proveniente da famiglie non igieniche. La segnalazione della covata migliora e integra il sistema di comunicazione nelle api.

La sepoltura delle vittime della Peste Nera a Tournai, in Belgio – miniatura del 1350 circa

I segnali olfattivi che innescano un comportamento igienico provengono direttamente dalla covata infestata varroa; tant’è che covata proveniente da colonie igieniche viene rimossa meglio e più in fretta rispetto a quella proveniente da famiglie non igieniche

Sepoltura vittime peste nera in Belgio

Una singolare capacità selettiva

Ma c’è di più e di molto più interessante nell’origine, funzionalità e conseguenze nell’individuazione e nella pressione selettiva dell’igienicità nelle api e della correlazione tra segnali provenienti dalla covata e caratteristiche delle api adulte: il comportamento igienico selettivo. Da una pubblicazione di ricercatori dell’università di Berlino (Schoning, Gisder, 2011), poi supportata da prove e test in campo, emerge che l’entità del danno alla covata provocato da acari più virulenti in grado di indurre infezioni virali potenzialmente fatali per le pupe e per la colonia, piuttosto che la mera presenza di varroa nella covata, è la vera origine del comportamento igienico. Le api esprimono comportamento igienico in funzione del danno arrecato dalla varroa alle pupe, reagendo ai segnali della covata colpita da patologie, così come per le altre patologie della covata. La varroa agisce come vettore biologico di una serie di ceppi virali differenti con un’alta capacità replicante e di mutazione: il virus delle ali deformi DWV (nelle sue varianti A-B-C), il virus della paralisi acuta ABPV… che sono fra i peggiori nemici, subdoli e letali, per la salute e la sopravvivenza delle api. I meccanismi di diffusione e contagio delle api di questi virus sono innumerevoli, tuttavia la diffusione più pericolosa ed epidemica è quella attraverso acari infettati che parassitizzano le pupe. È l’acaro che agisce come ospite intermedio nella trasmissione di varianti sempre più virulente di DWV, che causano difficoltà dei movimenti (atassia), infezioni cerebrali, paralisi, menomazioni addominali… e che possono portare la colonia al collasso. Api igieniche riconoscono, disopercolano e rimuovono con più frequenza covata parassitizzata da acari virulenti, riconoscendone i segnali chimici peculiari e distintivi, determinando una pressione selettiva negativa per i genotipi di varroa più favorevoli alla replicazione di patologie virali. A differenza di altre caratteristiche responsabili della resistenza alla varroa, il comportamento igienico risulta veramente utile perché salva le pupe infestate dall’acaro, ma che non hanno subito danni e possono diventare membri attivi della colonia ed evita una riduzione non necessaria dell’efficienza di allevamento della covata.

Il comportamento igienico potrebbe essere il carattere principe e fondate per un nuovo modello selettivo legato alla salute delle api, che risponda alle esigenze e criticità odierne dell’apicoltura, con un ruolo cruciale sia nella dinamica di popolazione della varroa, sia dei patogeni che questa trasmette.

Nel prossimo articolo inizieremo ad affrontare le tecniche selettive e gli strumenti per individuare nel proprio allevamento api igieniche e vedremo come i caratteri ereditari legati alla salute delle api se equilibrati con altri, nell’ambito di un programma di selezione, possono fare la differenza per produzione e performances dei nostri alveari.

LEGENDA

(1) QLT (quantitative traits loci): è una regione di DNA associata a un particolare carattere quantitativo. Il QLT è strettamente associato a un gene che determina il carattere fenotipico in questione o partecipa nella sua determinazione.

(2) Varianza fenotipica: rappresenta il risultato della somma della varianza genetica e della varianza ambientale rispetto ad un tratto in una popolazione.

(3) Omozigosi recessiva: l’omozigosi è la condizione in cui ognuno dei due o più alleli dello stesso gene, presenti in ciascun cromosoma omologo, codificano in maniera identica. Si parla di omozigote recessivo quando un individuo possiede, per un singolo gene, due alleli uguali recessivi. Un omozigote recessivo ha un fenotipo unico nel suo genere ed è quindi di immediata individuazione.

(4) Locus cromosomico (plurale loci): designa la posizione di un gene o di un’altra sequenza significativa all’interno di un cromosoma.

PRINCIPALI RIFERIMENTI


Evidence for damage-dependent hygienic behaviour towards Varroa destructor- parasitised brood in the western honey bee, Apis mellifera Caspar Schöning1, Sebastian Gisder1

https://www.researchgate.net/publication/51906595_Evidence_for_damage-dependent_hygienic_behaviour_to-wards_Varroa_destructor-parasitised_brood_in_the_western_honey_bee_Apis_mellifera

Hygienic Behavior in the Honey Bee (Apis mellifera L.) and the Modulatory Role of Octopamine Marla Spivak,1 Rebecca Masterman

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/12717703/

Un’efficacissima pressione selettiva per il peggioramento genetico: le api zozzone!

Nell’imperversare di discussioni e polemiche strumentali sull’impoverimento della biodiversità genetica apistica, per alcuni determinato unicamente dall’utilizzo di ceppi e caratteri da sottospecie non autoctone, qualcuno (con un po’ più di buon senso) cerca di far presente i recenti e drammatici fenomeni che hanno provocato e che continuano a determinare impoverimento della biodiversità genetica delle api: le molteplici falcidie di alveari da varroa e da reiterati fenomeni di resistenza agli acaricidi, l’uniformazione con monocolture del paesaggio rurale, le modificazioni strutturali del contesto agro ambientale (come ad esempio da cementificazione o da selezione varietale delle sementi), l’estremizzazione e gli stravolgimenti climatici, gli effetti crescenti, perversi e subdoli da pesticidi, la tendenza di reiterazione di variegati stress delle specie vegetali. Ma un aspetto è sovente sottovalutato se non completamente dimenticato: la prassi “apistico/sanitaria” di somministrazione di antibiotici, diffusasi dal dopoguerra a livello mondiale, per “prevenzione e cura”. Di là delle possibili interferenze e danni al microbioma delle api e alla flora microbica dell’alveare, l’enorme successo e consuetudine di questa prassi sanitaria d’allevamento – proposta fino a un recente passato da autorità pubbliche, ricercatori e veterinari, come la migliore profilassi di prevenzione e cura delle patologie della covata – ha svolto per decenni e decenni, e in molte parti del mondo continua a svolgere, un eccezionale ed efficacissimo ruolo nefasto nel nascondere le manifestazioni patologiche della covata e per garantire un’eccezionale affermazione e diffusione ubiquitaria di ceppi genetici d’api con limitate se non nulle caratteristiche d’igienicità. I fuchi di ceppi genetici che non sarebbero stati in alcun modo in grado di sopravvivere hanno così non solo potuto perdurare, ma hanno potuto anche e soprattutto diffondere in modo ubiquitario la loro limitata attitudine all’immunità sociale dell’alveare. Fortunatamente da un lato l’affinamento delle tecniche analitiche per la ricerca di residualità nei prodotti apistici, dall’altro una diversa consapevolezza e capacità gestional/sanitaria dell’allevamento da parte degli apicoltori, hanno contribuito fortemente a far abbandonare questa prassi deleteria, tale da poter essere definita e sotto vari profili: aberrante. Da ora in avanti abbiamo quindi ampio spazio di miglioramento per riparare all’eredità genetica, per quanto di peggio fatto in passato!

La parabola dei ciechi - Bruegel il vecchio

Bruegel il Vecchio – Parabola dei ciechi

Grazie alla diffusa pratica di somministrazione di antibiotici agli alveari i fuchi di ceppi genetici non igienici hanno diffuso in modo ubiquitario questa grave mancanza d’immunità sociale delle api