Il cervello delle api

Il cervello delle api è di grande interesse per gli studi di neurobiologia, perchè si tratta di un complesso relativamente semplice rispetto ai mammiferi e all'uomo , ma più evoluto rispetto ad altri insetti in conseguenza delle attività sociali dell'ape e delle variazioni comportamentali che la socialità comporta. Il suo studio, insieme a quello dei sistemi di analisi dei dati provenienti dall'esterno ( odorato, vista) è di grande utilità sia per la comprensione dell'ape stessa che dei sistemi biologici superiori, uomo compreso.
Le api (Apis mellifera) percepiscono gli odori usando i loro organi olfattivi , chiamati sensille olfattive localizzate nelle antenne. I recettori degli odori (ORs) sono localizzati sulla membrana dei neuroni sensori e utilizzati per legare le molecole odorose provenienti dall'esterno .
Particolari proteine leganti gli odori (OBPs) sono rinvenibili in soluzione acquosa nella cavità che circonda i neuroni sensori , ma la loro funzione non è definitivamente nota.
La ricerca ha cercato di mappare la distribuzione di OR e OBP nelle antenne delle api di diverse età ,stimando il numero delle cellule che esprimono queste proteine nelle api .
E' stata misurata la risposta spazio-temporale nei glomeruli olfattivi agli odori proposti ad Apis mellifera.
Ciascun odore evoca una complessa e caratteristica attività spazio-temporale di glomeruli eccitati o inattivi.
Queste proprietà risultano specifiche per ciascun odore e vengono conservate dall'individuo.

Struttura del cervello

Il cervello delle api occupa un volume di circa 1mm³ e pesa circa 1mg.

Il peso dell'intero corpo è di 100mg. Il numero totale di neuroni nel cervello è stimato in 950.000 .Le principali parti del cervello sono i lobi ottici , i lobi antennali, i corpi fungiformi e il complesso centrale. I lobi ottico e antennale sono responsabili dell'elaborazione di visione e olfatto.
I corpi fungiformi e il complesso centrale costituiscono i più importanti centri per l'istinto comportamentale. Altre parti del cervello includono i gangli subesofagei , il tritocerebrum, e ventral cord. Ci sono varie altre aree di tessuti neurali che circondano queste strutture.

Lobi ottici
I lobi ottici sono un largo paio di strutture situate su entrambi i lati del cervello in prossimità degli occhi. Ogni lobo consiste di quattro distinti gangli, chiamati Lobuli , medulla interna ed esterna e piatto della lobula .

Lobi antennali
I lobi antennali sono un altro paio di strutture localizzate nella parte frontale del cervello e sembrano contenere circa 10.000. Questi neuroni ricevono input dai chemosensori nelle antenne e sono responsabili del processo olfattivo e delle informazioni chemosensorie.
I lobi sono strutture globulari contenenti ognuna circa 156 glomeruli. I glomeruli formano unità funzionali del codice olfattivo . Ognuna di queste unità può essere univicamente identificata per la sua sensibilità ad una specifica sostanza chimica o set . I due lobi sono connessi uno all'altro da un tessuto nervoso chiamato "supraesophageal commissure". Un altro tratto chiamato "olfactorio-globularis tract", connette i lobi antennali ai corpi fungiformi.

I corpi fungiformi
I corpi fungiformi sono un paio di strutture simmetriche e bilaterali in profondità nel cervello e sono responsabili dell'integrazione delle informazioni sensorie e di vitale importanza per la formazione della memoria. Ciascun corpo fungiforme è costituito di 4 lobi ;2 strutture a forma di coppa chiamati calici e altre due strutture denominate lobi alfa e beta.
La superficie di ciascun calice è composta da una distinta classe di neuroni chiamata cellule Kenyon . Gli assoni delle cellule Kenyon discendono attraverso il centro del calice diramandosi in tre direzioni. e connettendo i calici adiacenti e i lobi alfa e beta .
Le cellule del calice, e parte dei lobi alfa , ricevono input sensori di tutte le modalità. La grandezza dei corpi fungiformi in differenti specie di insetti è correlata con la complessità dei relativi comportamenti . Ad esempio , il moscerino della frutta , che ha comportamenti molto semplici , possiede corpi fungiformi molto più piccoli di quelli dell'ape. che contengono circa 170.000 neuroni (Kenyon cells).

Apoptosi ( suicidio cellulare ) è mediata da diverse proteasi intracellulari denominate caspasi. L'attivazione delle caspasi gioca un ruolo critico nella morte delle cellule neuronali.
E' stato proposto che gli inibitori di caspasi possano proteggere i neuroni da erronea apoptosi e possano costituire una nuova strategia terapeutica per le malattie neurodegenerative .
Tuttavia, il coinvolgimento di eventi mediati da caspasi nei processi di memorizzazione è poco studiato.
Possiamo ipotizzare che insieme a processi neurodegenerativi e di sviluppo , eventi mediati da caspasi possano essere collegati al funzionamento della memoria.
Si è pertanto testato l' effetto di caspasi inibitori (Z-VAD-fmk, 200 microM) sulla capacità di apprendimento di api adulte. Iniezioni cerebrali sono state praticate 0.5, 2 e 16 ore dopo l'esecuzione di 5 prove di condizionamento olfattivo i cui effetti sono stati testati 1, 24, 48,72, 96 ore dopo la sessione di acquisizione
Il metabolismo cerebrale è risultato particolarmente interessato nei corpi fungiformi : 0.5-72 ore dopo la somministrazione di Z-VAD-fmk una diminuzione della citocromo ossidasi è stata osservata. Inoltre , l'inibizione delle caspasi sembra indurre una più lunga aspettativa di vita nelle api .

I risultati suggeriscono che gli eventi mediati da caspasi nei corpi fungiformi sono critici per la memoria a lungo termine .

Bibliografia

Distribution of odorant receptors and odorant binding proteins in honeybee antennae revealed by in situ hybridization
EMILY PILGER1, RODRIGO VELARDE & SUSAN FAHRBACH
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Entomology and Neuroscience
FENS Forum 2002
First author: Armengaud, Catherine G. (poster)
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Addresse(s) Lab. Neurobio. Insecte, Toulouse, France
Title Effects of caspase inhibition on survival, brain metabolism and memory in the honeybee.
First author: Galizia, Giovanni
Session# 027 - Functional imaging in chemical senses
Author(s) Galizia G., Sachse S., Weidert M. & Menzel R.
Addresse(s) Inst Neurobiologie, Berlin, Germany
Title Mapping glomerular interactions in the honeybee antennal lobe. .

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