Chi dovesse ancora nutrire qualche dubbio sull’infinita bellezza e sull’enorme diversità delle formiche da oggi può fare un giro su Antscan: una passerella di dimensioni, forme e colori, di zampe, antenne e mandibole, completamenti differenti gli uni dagli altri, che cessano di essere privilegio dell’occhio dell’entomologo, ma si esibiscono al mondo. Lo show gratuito è fornito da un database che offre l'accesso a 2.193 set di dati 3D che riguardano 792 specie rappresentative di 212 generi, la maggior parte di quelli conosciuti e che includono oltre il 90% delle specie di formiche attualmente descritte, garantendo un’ampia copertura della diversità globale. Antscan, appena presentato su "Nature Methods”, è un'iniziativa di "open science" che ha creato il primo grande database ad alta risoluzione della diversità fenotipica delle formiche, della loro morfologia esterna e interna, a livello globale. Una svolta nella digitalizzazione della biodiversità animale: per la prima volta i dati fenotipici sono stati accoppiati a progetti di sequenziamento del genoma come la Global Ant Genomics Alliance, permettendo di correlare l'evoluzione genetica con quella delle forme fisiche e colmando il divario tra i dati genomici, ormai abbondanti, e quelli morfologici 3D, che finora erano limitati da tempi di acquisizione lunghissimi. Un’impresa resa possibile dalla mobilitazione della comunità di entomologi di tutto il mondo che ha messo a disposizione i propri esemplari, oltre che all’uso combinato di tecnologie d’avanguardia come un acceleratore di particelle di sincrotrone, la scansione a raggi X, la robotica e l’Intelligenza Artificiale per creare immagini digitali interattive che rappresentano le circa 800 diverse specie di formiche utilizzate nello studio. Nuovi scenari. Per l’Italia, il team coinvolto è stato quello dell’Università di Parma. “Le formiche sono animali importantissimi”, dice Donato Grasso, responsabile del Laboratorio di etologia, ecologia e sociobiologia degli insetti del dipartimento di scienze chimiche, della vita e della sostenibilità ambientale dell’Università, tra gli autori del lavoro su “Nature Methods”. "Fanno parte di “quelle piccole cose che governano il mondo” per usare le parole di E.O. Wilson [di cui Grasso ha tradotto per Adelphi “Formiche Storia di un’esplorazione scientifica” e ha curato la revisione de “Il Superorganismo”, oltre ad aver scritto “Il formicaio intelligente”, ndr]. Le immagini 3D di Antscan rivelano strutture interne come muscoli, sistema nervoso, apparato digerente e quello velenifero compreso il pungiglione con una risoluzione micrometrica. Ciò non solo apre scenari nuovi per la biologia comparativa e la valorizzazione delle collezioni naturalistiche – aggiunge - ma sarà un cruciale supporto per studi evolutivi, ecologici e funzionali verso una migliore comprensione dell’evoluzione, la funzione anatomica e le correlazioni tra struttura e habitat che trascendono il mondo delle formiche per interessare tutti i sistemi viventi. Inoltre, i modelli possono essere animati o incorporati in mondi di realtà virtuale per la ricerca di base o applicata, ad esempio in robotica, biomeccanica, biomimetica, ma anche per l'istruzione o l'intrattenimento”. Non solo. Antscan è anche la dimostrazione, la cosiddetta “proof of concept”, di tutto ciò che si può fare con la ricerca e con l’hi-tech. Moltissime altre specie attendono. “Antscan presenta un approccio scalabile per creare librerie di anatomie diverse, annunciando un'era di studi sull'evoluzione, la struttura e la funzione dei fenotipi degli organismi”, scrivono gli autori del lavoro, guidati dagli entomologi Evan P. Economo dell’Okinawa Institute of Science and Technology, in Giappone, e Thomas van de Kamp del Karlsruhe Institute of Technology KIT in Germania. Tecnologia sofisticata. Il successo del progetto risiede nel superamento dei colli di bottiglia tecnologici della microtomografia (micro-CT) tradizionale. La microtomografia a raggi X da sincrotrone in possesso del laboratorio del KIT, il KIT Light Source, ha permesso di acquisire circa 25 scansioni all'ora, ricostruzioni tridimensionali dettagliatissime dell’anatomia esterna e interna degli esemplari, inclusi muscoli e organi. L'uso di un robot per lo scambio dei campioni ha poi permesso di scansionare migliaia di esemplari in modo automatizzato e standardizzato. Inoltre, la non invasività è sempre stata garantita: le strumentazioni consentono di visualizzare i tessuti molli come muscoli, cervello e apparato digerente senza dover colorare o danneggiare i preziosi campioni delle collezioni museali. Bellezza e curiosità. Non sfuggirà certo l’importanza di avere lasciato open un tale database, rendendo a tutti disponibile tanta bellezza. Come si legge nello studio, “sbloccando l'eccezionale diversità fenotipica delle formiche in 3D, rendiamo accessibile una ricchezza di informazioni precedentemente inaccessibile per un pubblico più vasto, consentendo analisi complete e contribuendo alla creazione di repository online per ricercatori, educatori o appassionati di natura”. Aggiunge Grasso, che è anche membro dell’Accademia Nazionale Italiana di Entomologia, del direttivo della Unione Zoologica Italiana e della Società Italiana di Biologia Evoluzionistica, nonché specialista impegnato nella comunicazione della scienza: “Questo lavoro rappresenta molto più di un avanzamento tecnico: è una risorsa straordinaria di open science che rende accessibile a chiunque una parte fondamentale della biodiversità globale”. E aggiunge: “Antscan democratizza l’accesso alla morfologia tridimensionale di una parte del vivente, offrendo alla comunità scientifica uno strumento potente per studi evolutivi, genomici e biomeccanici, ma allo stesso tempo apre una finestra pubblica sulla meraviglia del mondo naturale. La possibilità di esplorare in 3D strutture invisibili a occhio nudo non solo alimenta nuove scoperte, ma rafforza la consapevolezza della complessità e del valore della biodiversità, sottolineando l’urgenza della sua salvaguardia. Iniziative come questa – sottolinea Graso – hanno anche un forte impatto educativo: ispirano le nuove generazioni, avvicinano i giovani alla scienza e li rendono più consapevoli della responsabilità di proteggere il patrimonio biologico del pianeta che appartiene al loro futuro”. Spinta alla ricerca. L’uso del database ha già contribuito a nuove scoperte, grazie alla possibilità di confrontare in modo standardizzato un’ampia porzione della diversità globale delle formiche. Un esempio è l’identificazione della diffusione dell’armatura biominerale: è uno strato biomineralizzato ad alta densità che riveste la cuticola e che si è rivelato molto più comune tra le formiche coltivatrici di funghi (Attini) di quanto si ritenesse in precedenza, presente in specie che adottano diversi sistemi di coltivazione evoluti all’interno del gruppo. Un altro esempio è lo studio pubblicato su “Science Advances” e basato sui dataset di Antscan: ha mostrato come, nel corso dell’evoluzione, molte specie abbiano ridotto l’investimento nella cuticola e, quindi, nella protezione individuale per ottenere una maggiore potenza collettiva. L’analisi ha infatti rivelato che molte specie di formiche hanno iniziato a investire meno risorse nella costruzione della loro armatura, costosa in termini di nutrienti scarsi come azoto e minerali. Riducendo questo investimento, le colonie hanno potuto utilizzare le risorse risparmiate per produrre un numero molto più elevato di operaie. Meglio, insomma, essere più vulnerabili a livello individuale, ma poter contare sul gruppo: è un interessante compromesso (“trade-off”) evolutivo. Il (nostro) futuro. “Credo che questo sia solo l’inizio - conclude Grasso -. La disponibilità di migliaia di modelli tridimensionali standardizzati aprirà la strada a una nuova generazione di studi che integrano morfologia, genomica e IA. In futuro potremo analizzare l’evoluzione delle forme dei sistemi viventi con la stessa profondità con cui oggi studiamo i genomi, scoprendo connessioni inattese tra struttura, funzione ed ecologia. Ma, soprattutto, mi auguro che rendere visibile la straordinaria complessità della biodiversità ispiri nuove generazioni di ricercatori e cittadini a continuare a studiare e a proteggere il patrimonio naturale da cui dipende anche il nostro domani”.