Cataglyphis fortis: la formica del Sahara naviga col contapassi neuronale (e l'esperimento dei trampoli)

Mezzogiorno nelle saline a sud di Maharès, in Tunisia. La superficie è bianca, abbagliante, a 60 °C. Una formica nera lunga un centimetro emerge dal nido, accelera fino a 80 cm al secondo e si dirige in linea retta verso un cadavere di insetto a 100 metri di distanza. Lo trova, lo afferra e torna al formicaio scegliendo una traiettoria sostanzialmente perfetta: non rifà la strada che ha appena percorso, taglia diritto come se possedesse un GPS. Nessun feromone — il calore le brucerebbe — e nessuna pista visiva. Ecco Cataglyphis fortis, la formica argentea del Sahara, una delle più stupefacenti navigatrici del regno animale e una delle protagoniste indiscusse della cognizione degli insetti.

Il problema della formica

Le ricerche sulla famiglia Cataglyphis partono negli anni Settanta con il celebre zoologo svizzero Rüdiger Wehner dell'Università di Zurigo. Wehner intuì che ciò che permette a queste formiche di compensare i loro vagabondaggi è un meccanismo neurocognitivo chiamato path integration, o integrazione di percorso: la formica sa istante per istante quanto si è allontanata dal punto di partenza e in che direzione. Per farlo le servono due informazioni: una bussola (la direzione di marcia) e un contachilometri (la distanza percorsa).

Il compasso polarizzato

La bussola fu identificata per prima. Sopra la testa della formica, su due piccoli ocelli laterali, c'è un'area di occhio composto specializzata chiamata dorsal rim area, sensibile alla luce polarizzata del cielo. Anche quando il sole è nascosto da una nuvola o si trova all'orizzonte, il pattern di polarizzazione che attraversa l'atmosfera mantiene una geometria precisa rispetto alla posizione solare: Cataglyphis legge quel pattern e ne ricava la direzione, esattamente come un sestante celeste. Wehner formalizzò il meccanismo nei suoi celebri insect skylight compass studies, sintetizzati in una review classica di University of Zurich.

Il contapassi: l'esperimento dei trampoli

Il contachilometri era molto più difficile da inquadrare. Per testarlo i ricercatori Matthias Wittlinger, Rüdiger Wehner e Harald Wolf dell'Università di Ulm pubblicarono il 30 giugno 2006 su Science uno studio diventato un classico: The Ant Odometer: Stepping on Stilts and Stumps. Catturarono formiche allenate a percorrere 10 metri tra nido e cibo, e poi modificarono le loro gambe nel nest-side: alle prime incollarono trampoli di setole di maiale lunghi alcuni millimetri, alle seconde amputarono parti del femore facendole camminare 'su moncherini'. Le rimisero al lavoro. Risultato: le formiche con i trampoli, fatte più alte e con passo più lungo, oltrepassavano il nido di una distanza proporzionale al loro nuovo passo. Quelle con i moncherini, al contrario, si fermavano prima. Era la prova definitiva: la formica conta i passi, non integra il tempo né il flusso visivo.

Un cervello da 250.000 neuroni

Il cervello di Cataglyphis contiene appena 250.000 neuroni — circa duecentomila volte meno di quello umano. Eppure questa creatura combina compasso celeste, contapassi, mappe visive locali (i contorni delle dune) e perfino una griglia magnetica, scoperta nel 2018 da Pauline Fleischmann e collaboratori dell'Università di Würzburg: dopo l'imprinting sul campo magnetico terrestre, le giovani formiche escono e tornano correttamente. Lo studio del 2007 di Wittlinger su Journal of Experimental Biology, The desert ant odometer: a stride integrator, ha confermato che il contapassi si aggiorna non solo con il numero di passi, ma anche con la lunghezza del passo e la velocità: una vera integrazione vettoriale.

Lo scudo argentato

La specie cugina Cataglyphis bombycina, la formica argentea del Sahara propriamente detta, ha pure un trucco passivo eccezionale: una coltre di peli triangolari prismatici che riflettono la luce visibile e infrarossa solare e contemporaneamente emettono calore nel medio infrarosso. Lo ha mostrato nel giugno 2015 lo studio di Norman Nan Shi e colleghi su Science: Enhanced optical reflection and radiative heat dissipation in Saharan silver ants. È una vera pellicola fotonica biologica che mantiene la formica oltre 5 °C più fredda dell'ambiente, permettendole di uscire quando i predatori — soprattutto lucertole — sono già a riposo.

Perché ci interessa

Capire Cataglyphis non è un esercizio accademico. Gli algoritmi di path integration e di odometria che imita questa formica vengono replicati nei droni autonomi e nei rover marziani: navigare in ambienti senza GPS, con luce diffusa e senza punti di riferimento riconoscibili è un problema di robotica avanzata. Un cervello da 0,1 milligrammi lo risolve da almeno 40 milioni di anni — quanto dura la storia evolutiva del genere Cataglyphis. La nostra ingegneria, intanto, sta solo cominciando a imparare.