ommatidi dell'Ape Mellifera

Fotografia di sezione della testa di ape, immersa in resina sintetica, eseguita al microscopio confocale, presso il dipartimento DIBIO dell'Universita' di Genova in Italia (luglio 2008).
In una ricerca immunoistochimica per evidenziare l'acetilcolina (Ach) nei tessuti dell'ape, si osserva una sezione dell'occhio composto delimitata perificamente da una struttura nastriforme nera di melanina nera.
Inferiormente alla sezione dell'occhio composto si osservano vari singoli ommatidi trasparenti in cui la lente è ben distinguibile

Ocello dell'Ape Mellifera

Fotografia di sezione della testa di ape, immersa in resina sintetica, eseguita al microscopio confocale presso il dipartimento DIBIO dell'Universita' di Genova in Italia (giugno 2008).
La colorazione con DAPI evidenzia i nuclei delle cellule presenti nei tessuti di sezione, determinando una colorazione bianco lucente. L'ocello si presenta con la forma di un grosso bottone grigio azzurro rovesciato: una parte risulta sfaldata, mettendo in visuale nuclei appartenenti a neuroni di stazioni visive ocellari sottostanti. La presenza di una vasta zona illuminescente localizzata sotto l'ocello, corrisponde ad una consistente presenza di cellule di una probabile ulteriore stazione neuronale della via visiva ocellare. L'ocello è delimitato perificamente da un struttura nastriforme nera di chitina, corrispondente all'esoscheletro dell'ape.
Gli ocelli nell'ape sono tre, localizzati nella regione superiore della testa: sono composti da una cornea, da una porzione sottostante rifrangente, e da due o quattro neuroni fotorecettori; a differenza degli occhi composti, gli ocelli non percepiscono le immagini, bensi' reagiscono all'intensita' della luce e percepiscono la luce polarizzata. Questa proprieta' è di fondamentale importanza per l'orientamento, in quanto la luce polarizzata permette all'ape di individuare la posizione del sole anche in condizioni di nuvolosita'.

la Serotonina: un neurotrasmettitore presente nelle sinapsi della via nervosa visiva nell'ape

Fotografia di sezione della testa di ape in paraffina, eseguita al microscopio confocale, presso il dipartimento DIBIO dell'Universita' di Genova in Italia (gennaio 2009).
La Serotonina (formula chimica sopra esposta) è un neurotrasmettitore presente nelle sinapsi della via visiva (nervo ottico), in particolari situazioni comportamentali dell'ape, come ad esempio dopo l'assunzione gradita di zucchero. La ricerca della molecola Serotonina o 5-HT avviene con metodo immunoistochimico: una Ig (immunoglobulina) di coniglio denominata Serotonina Rabbit, riconosce come antigene il neurotrasmettitore 5-HT; un'antimmunoglobulina animale (in genere di maiale), denominata Antirabbit TRITC, riconosce come antigene l'Ig di coniglio legata alla molecola di Serotonina; il complesso 5-HT/Serotonina Rabbit/Antirabbit TRITC, determina in fluorescenza una colorazione rosso chiara intensa, indicando la presenza del neurotrasmettitore.
Si osserva inferiormente un fascio di fibre nervose corrispondenti agli assoni dei fotorecettori uscenti dagli ommatidi dell'occhio composto, a cui segue la formazione del nervo ottico, corrispondente a neuroni intercalanti che caratterizzano una particolare fenestratura del nervo.

neuroni intercalanti lungo la via visiva (nervo ottico)

Fotografia di sezione della testa di ape, immersa in resina, eseguita al microscopio confocale nel dipartimento DIBIO dell'Universita' di Genova in Italia (ottobre 2008).
La colorazione con DAPI evidenzia i nuclei delle cellule presenti nei tessuti di sezione, che assumono una colorazione bianco lucente.
Superiormente a sinistra, i grossi nuclei rappresentano il tessuto ghiandolare sopracerebrale.
Inferiormente si evidenzia l'occhio composto, che perificamente è delimitato da un sottile strato nastriforme di melanina nera.
Si prolunga dall'occhio una moltitudine di neuroni intercalanti comunicanti tra loro tramite un neurotrasmettitore, trasportando informazioni visive provenienti dai neuroni fotorecettori, costituenti la prima stazione della via visiva che prende il nome di nervo ottico.

Il nervo ottico nell'Ape Mellifera

Fotografia di sezione della testa di ape, immersa in resina sintetica, eseguita al microscopio confocale nel dipartimento DIBIO dell'Universita di Genova in Italia (ottobre 2008).
La colorazione DAPI mette in evidenza i nuclei delle cellule presenti nei tessuti di sezione, che assumono una colorazione bianco lucente.
Inferiormente il tessuto con piccoli nuclei corrisponde al muscolare liscio, separato in parte da una lacuna emolinfatica luminescente (causata dai nuclei dei leucociti) con i tessuti limitrofi. Superiormente alla lacuna emolinfatica si costituisce del tessuto ghiandolare (sopracerebrale) dal grosso nucleo, che si organizza a delimitare due dotti ghiandolari circolari.
A destra dell'immagine si evidenzia la sezione dell'occhio composto, con uno strato luminescente opaco di cellule bipolari (stazione neuronale della via ottica); perificamente l'occhio composto presenta un leggero strato nastriforme di melenina nera.
Dall'occhio composto si prolunga il nervo ottico, che trasporta informazioni visive dai fotorecettori (prima stazione della via nervosa) presenti nei singoli ommatidi. I nuclei presenti lungo il nervo ottico rappresentano neuroni intercalanti lungo la via.

tessuti dell'Ape Mellifera

Fotografia di sezione della testa di ape, immersa in resina sintetica, eseguita al microscopio confocale presso il dipartimento DIBIO dell'Universita' di Genova in Italia (ottobre 2008). La colorazione con DAPI (4',6-diamidino-2-phenylindole,dihydrochloride) evidenzia i nuclei delle cellule presenti in sezione, che assumono una colorazione bianco lucente.
I grossi nuclei corrispondono alle cellule ghiandolari sopracerebrali che si organizzano a delimitare un dotto ghiandolare di forma circolare. Vicino al tessuto ghiandolare, si pone un tessuto costituito da cellule con piccolo nucleo, corrispondente a tessuto muscolare liscio (mononucleato).

Cellule ghiandolari dell'Ape Mellifera

Fotografia di tessuto ghiandolare sopracerebrale nella testa dell'ape trattato con Blu di toluidina, eseguita al microscopio ottico nel dipartimento DIBIO dell'Universita' di Genova in Italia (giugno 2008).
La metacromasia determinata dalla toluidina, caratterizza le cellule ghiandolari che si presentano voluminose: il reticolo endoplasmatico è ben rappresentato dall'aspetto vescicolare; le formazioni puntiformi nere rappresentano il mRNA messagero che indica la sintesi di una proteina.
Nelle cellule inferiori si osservano due apparati del Golgi, in cui si evidenziano le cisterne allungate. Una cellula inferiormente presenta un nucleo con cromosomi in metafase del ciclo cellulare; superiormente in un'altra cellula il nucleo presenta i cromosomi in modo non simmetrico, indicando la profase del ciclo cellulare.

anatomia dell'Ape Mellifera

Le antenne sono costituite da scapo, pedicello e flagello, quest'ultimo contiene numerose fossette olfattive: 1600 nell'ape regina, 2400 nell'ape operaia e 1000 nel maschio o fuco. L'apparato boccale è lambente succhiante (con glosse labiali), che permette di aspirare il nettare che viene portato nello stomaco mellifico (una dilatazione dell'esofago) dove il nettare subisce una trasformazione chimico fisica trasformandosi in miele. Due ghiandole mandibolari producono nelle operaie pappa reale e cera, nel maschio sono atrofizzate, ma nella regina sono molto sviluppate e producono il feromone, sostanza chimica di coesione della colonia di api. Le zampe si suddividono in anteriore o protoracica, media o mesotoracica ed in una posteriore o metatoracica, quest'ultima presenta una cavita' nella larga tibia chiamata cestella, utilizzata dall'ape per accumulare il polline. L'apparato digerente è costituito da faringe, esofago, ingluvie, proventricolo che si apre nell'ingluvie con una valvola, con la funzione quando è necessario di impedire al miele il passaggio oltre il tubo digerente. Lo stomaco è costituito da cellule epiteliali deputate alla secrezione dei succhi digestivi, per la digestione e assorbimento delle sostanze ingerite. L'intestino posteriore si suddivide in tenue e retto; il tenue si collega allo stomaco tramite la valvola pilorica e riceve nel primo tratto lo sbocco di circa 100 tubi malpighiani lunghi e contorti, deputati all'espulsione dei cataboliti; il retto è costituito dall'ampolla rettale per l'emissione delle feci in volo. L'apparato respiratorio possiede 10 paia di stigmi distribuiti nella regione pleurale, toracica e dell'addome, determinando l'ape mellifera una specie olopneustica. Il sistema nervoso è costituito dal cervello e da gangli nervosi connessi tra loro; sono presenti neuroni aassociativi, bipolari e neuroni con recettori nicotinici, muscarinici, per il GABA, per Serotonina e FMRFamide. L'apparato circolatorio è un sistema vascolare-lacunare; il vaso dorsale (costituito da fibre muscolari e longitudinali) si presenta differenziato nella prima parte dell'addome dove si forma il cuore costituito da 4-5 camere, ognuna dotata di valvola per regolare il flusso dell'emolinfa ricca di sali e nutrienti e componenti cellulari. Il pungiglione si trova all'estremita' distale dell'addome dell'ape operaia e consiste in un ovopositore modificato, dotato di una ghiandola a secrezione acida ed alcalina.

NMR del cervello dell'Ape Mellifera

Il NMR del cervello permette di non sezionare l'Ape Mellifera
Definizioni anatomiche
NMR fig A e fig schematica C:
- le grosse formazioni arcuate bilaterali corrispondono agli occhi composti
- le piccole formazioni arcuate corrispondono alla lamina e midollo
- le piccole formazioni peduncolate vicino alla lamina e midollo  corrispondono alle lobule
- lungo la linea mediana superiormente si trova il lobo ocellare medio, corrispondente ad una forma di grossa sfera
- limitrofi alla linea mediana, inferiormente al lobo ocellare medio, si trovano le regioni alfa, corrispondenti alla formazione di due piccole sfere (lobi sotto calici)
- limitrofi alla linea mediana ed inferiormente alle regioni alfa, si trovano i lobi olfattivi, corrispondenti alla formazione di sfere di media grandezza
NMR fig B e figura schematica D:
oltre alle definizioni prima elencate si aggiungono
- i due lobi ocellari laterali, posti vicino a quello medio
- i quattro calici (laterali e medi), costituenti i corpi fungiformi (importanti centri d'integrazione sensoriale)
- le regioni beta poste inferiormente ai calici

3D del cervello dell'Ape Mellifera

Il cervello dell'Ape Mellifera è costituito da un insieme organizzativo proveniente da quattro gangli nervosi. Le informazioni sensoriali vengono avviate nei centri di integrazione sensoriale corrispondenti ai corpi fungiformi, che elaborano le informazioni per dare risposte specifiche

Definizione anatomica del cervello:
-occhio composto destro e sinistro: formazioni arcuate di colore marrone scuro
- lobo ottico (lamina,midollo e lobula destri e sinistri): formazioni di colore giallo
-calici mediani (due) e calici laterali (due) destri e sinistri: a forma di calice di colore rosso carminio
-regioni sotto calici: formazioni globose di colore rosa
-lobi olfattivi destro e sinistro: formazione globose di colore verde chiaro e scuro
-tubercoli ottici: formazioni di colore azzurro
-lobi ocellari, due laterali (destro e sinistro) e uno mediano di colore rosa chiaro e grigio

L'ommatidio: elemento base dell'occhio composto dell'ape

L

L'occhio composto è basato sulla ripetizione di numerose unita' individuali chiamate ommatidi. Ciascun ommatidio somiglia ad uno stemma semplice: possiede una lente cuticolare sovrapposta ad un cono cristallino, in rapporto con 6-10 neurorecettori (che ricevono informazioni visive dai due precedenti comparti) chiamati cellule retiniche allungate, dato che si mettono in contatto tra di loro lungo un'asse longitudinale chiamato rabdoma, mentre fuoriescono alla base dell'ommatidio i singoli assoni dei neurorecettori, che insieme a quelli uscenti dagli altri ommatidi formano il nervo ottico che raggiunge nel cervello i centri d'integrazione sensoriale: i corpi fungiformi, in cui prevalgono famosi neuroni denominati cellule Kenion.
Ogni singolo ommatidio è indipendente dall'altro nell'occhio composto, grazie alla presenza isolante di cellule pigmentate; ogni ommatidio percepisce informazioni visive diverse rispetto a quelli limitrofi e la sommatoria delle singole informazioni di ogni ommatidio rispecchia l'intero quadro visivo.

Una particolare pigmentazione nell'occhio dell'ape

Fotografia eseguita al microscopio confocale nel dipartimento DIBIO dell'Universita' di Genova, ottobre 2008. La sezione della testa dell'Ape Mellifera evidenzia l'occhio composto: le strutture filamentose prevalentemente grigio scure e parallele, corrispondono a singoli ommatidi dell'occhio. La parte esterna dell'occhio presenta un leggerissimo strato nastriforme di colore nero corrispondente a melanina nera. La parte interna dell'occhio presenta superiormente uno strato rosso viola di un altro tipo di melanina (denominata rossa). Le due melanine hanno diverso significato funzionale, inerente alla funzione dell'occhio e alle risposte ambientali.

L'editing RNA A to I: una strategia evolutiva per ottenere piu' subunita' di recettori nicotinici dell'ape

Grazie a questo tipo di editing del RNA che si integra con lo splicing alternativo, l'Ape Mellifera è in grado di produrre ben 11 subunita' per i suoi recettori nicotinici (nAchRs), determinando una probabilita' elevata di variabili nAchRs corrispondenti (a 5 subunita') a cinque elevato all'undicesima.
Nell'Ape Mellifera sei residui di Adenosina vengono sottoposti a editing RNA A to I nello svolgersi del suo ciclo vitale per massimizzare le sue attivita' funzionali: ad esempio i nAchRs presenti nei corpi fungiformi e nei glomeruli olfattivi hanno risposte diverse con il neurotrasmettitore Ach.
In realta' i vari nAchRs dell'ape sono dotati di poche subunita' alfa 7  non recettive, come per l'uomo, al neonicotinoide Imidacloprid.
Tramite un enzima deaminasi l'adenosina viene trasformata in inosina.

Una visuale della subunita' alfa 7

Si evidenziano le subunita' alfa 7 di un recettore nicotinico (AchR). Le subunita' alfa 7 presenti nell'uomo ed ape hanno sequenze aminoacidiche molto conservate, legate all'espressione genica che non si è geneticamente modificata durante la divergenza nell'evoluzione degli organismi animali, ed ereditata da un unico genitore ancestrale. Il sito di legame con l'Ach (acetilcolina), si trova nell'interfaccia tra la subunita' alfa e non-alfa. La cavita' (che occupa l'Ach) presente nella subunita' alfa 7 viene denominata Sito Principale, ed e' formata da tre anse della subunita' denominate A - B - C. La cavita' (che occupa l'Ach) presente nella subunita' non-alfa viene denominata Sito Complementare delimitato da anse denominate D - E - F. Alcuni aminoacidi presenti nella cavita' sono conservati.

Aminoacidi conservati Sito Principale
loop A: Triptofano 86 - Tirosina 93
loop B: Triptofano 149 - Tirosina 151
loop c: Tirosina 190 - Cisteina 192 - Cisteina 193 - Tirosina 198

Aminoacidi conservati Sito Complementare
ciclo D: Tirosina 55 - Triptofano 57
loop E: variabile
loop F: Aspartato

Le subunita' alfa 7 dell'ape importanti nella ricerca tossicologica

Sezioni di testa di ape immersa in resina sintetica, osservata al microscopio confocale nel diparetimento DIBIO dell'Universita' di Genova in Italia, novembre 2008.

Fotografia sinistra: rappresenta la base (costituita da chitina) dell'antenna cerebrale sinistra (la parte dell'antenna dell'ape che entra nella testa); la regione inferiore forellata indica il passaggio di vie nervose. La sezione è stata trattata con il veleno alfa-bungarotossina (legata alla proteina fluoresceina), che occupa le subunita' alfa 7  nei recettori nicotinici (nAchRs) dell'ape  al posto dell'acetilcolina (Ach), generando una colorazione verde intensa data dalla fluoresceina, dimostrando una consistente presenza di nAchRs con subunita' alfa 7.

Quindi l'alfa-bungarotossina si lega ai nAchRs con subunita' alfa 7, sia dei mammiferi che dell'ape.

Fotografia destra: rappresenta la base dell'antenna cerebrale destra, che come l'altra antenna è costituita da chitina e tessuto ricco di nAchRs con subunita' alfa 7.

Il neonicotinoide imidacloprid, che ha falcidiato colonie intere di api, non agisce come l'alfa-bungarotossina, perche' creato in modo da non rendersi tossico per l'uomo . L'imidacloprid agisce su nAchRs dell'ape privi di subunita' alfa 7.

Un legame tra ape ed uomo: le subunita' alfa 7 nei recettori nicotinici

I recettori nicotinici dei mammiferi hanno due tipologie costituzionali:
- un AchR è rappresentato da cinque subunita' proteiche alfa 7
- l'altro AchR è rappresentato da tre subunita' proteiche beta 2 e due subunita' proteiche alfa 4

I recettori nicotinici dell'Ape Mellifera (nAchRs) sono costituiti da cinque subunita' proteiche come avviene per i mammiferi, ma grazie all'editing del Rna nell'ape, si possono avere piu' combinazioni nella costituzione delle subunita' costituenti i nAchRs.
Il genoma dell'ape ha a disposizione geni per un produzione di nAchRs che grazie all'editing dell'Rna A to I, si ottengono 11 subunita' proteiche che si possono combinare nei vari nAchRs, e un certo numero di recettori si presentano con subunita' alfa 7 identiche a quelle dei mammiferi. Questo indica un'antichissima parentela tra uomo ed ape

Recettori nicotinici dell'Ape Mellifera

Il sistema nervoso dell'Ape Mellifera funziona con alcuni neurotrasmettitori, tra cui emerge nel nostro caso, per comprendere una delle cause di morte dell'ape, l'Acetilcolina (Ach) funzionante nel sistema nervoso colinergico degli invertebrati e vertebrati. Questo neurotrasmettitore viene secreto dalle terminazioni nervose (tramite un potenziale d'azione d'azione che scorre lungo gli assoni dei neuroni), raggiunge lo spazio sinaptico, per poi aggregarsi al recettore di un neurone, determinando una variazione del potenziale di membrana, variando il flusso degli ioni per raggiungere un potenziale d'azione che scorrera' lungo l'assone del neurone.
L'Ach a livello del recettore di natura proteica (suddivisa in subunita') e costituita quindi di amminoacidi, interagisce a livello di un ponte disolfuro costituito da due amminoacidi di cisteina nella subunita' alfa7, determinando un cambiamento conformazionale che causa la variazione dei flussi ionici.
Il recettore nicotinico (AchR) attraversa tutta la membrana fofsolipidica della cellula neuronale, suddividendosi in una regione:
extracellulare
intramembrana
citoplasmatica
Veleni come il curaro e l'alfa-bungarotossina impediscono all'Ach di occupare il suo recettore impedendo la trasmissione dell'impulso nervoso, provocando una paralisi funzionale.

BANCA DATI SALVA APE

L'uomo dipende dalla vita dell'Ape Mellifera, con la sua estinzione potrebbe vivere poco tempo (Albert Einstein); quindi l'uomo per salvaguardare se stesso deve tutelare l'ape.
TUTTI POSSIAMO PARTECIPARE AL SALVATAGGIO DELL'APE MELLIFERA con la formazione di una BANCA DATI SALVA APE, aggiungendo qualsiasi tipo di informazione di questo famoso insetto: osservazioni empiriche o scientifiche, foto, videoregistrazioni,, ricerche sul Web.
La banca dati salva ape assumerebbe un valore statistico utile per tutti e per la ricerca, dato che potrebbero emergere una sommatoria di informazioni che porterebbero ad una migliore comprensione della consistente moria dell'ape.


Un invito a tutti a partecipare.
Guglielmo Castagnoli (Italia)
e-mail: guglielmo.castagnoli@gmail.com

La testa dell'Ape Mellifera

Foto al microscopio ottico della testa di Ape Mellifera immersa in resina sintetica, eseguita nel dipartimento DIBIO dell'Universita' di Genova in Italia, ottobre 2008. L'ape era stata esposta al neonicotinoide imidacloprid e deceduta in pochi minuti, quindi si è reso necessario esaminarla con vari procedimenti per comprendere i meccanismi di morte. La testa sezionata si presenta capovolta con le due antenne (sede dei recettori neuronali olfattivi) poste inferiormente. L'antenna destra superiormente è in rapporto con un ocello (piccolo occhio) di forma ovale, che delimita a destra la parte sezionata dell'occhio composto. L'antenna sinistra si addentra nella testa, esponendo al taglio di sezione una formazione tubulare bianca filamentosa corrispondente agli assoni, partenti dai recettori olfattivi, che nell'insieme costituiscono il nervo olfattivo. Formazioni sferiche bianco opache al centro della testa corrispondono ai glomeruli olfattivi, dove le informazioni olfattive raggiugono altri neuroni che hanno il compito di trasportare queste informazioni ai centri di integrazione sensoriale.

Adottiamo tutti un alveare

Proponiamo nelle scuole " l'adozione di un alveare " per meglio conoscere l'Ape Mellifera, osservare la sua vita, il suo comportamento e valutarne l'importanza per l'uomo, animali e piante. L'adozione vale per qualsiasi famiglia o volontario interessato a tutelare questo famoso insetto. Le osservazioni degli alunni, studenti, insegnanti, genitori e volontari inerenti a descrizioni, foto, video e altri argomenti, potrebbero  essere un valido contributo nella formazione della BANCA DATI SALVA APE, con lo scopo di salvaguardare questa specie.