Glifosato e api da miele

Rinaldo Cervellati

Il discusso erbicida glifosato (di cui abbiamo parlato diffusamente nel blog, cercate glifosato in alto a destra e anche nella rubrica La Chimica allo specchio di C&I) potrebbe incrementare la mortalità delle api da miele come ritiene uno studio riportato da M. Satyanarayana nell’ultimo numero di settembre di Chemistry & Engineering newsletter on-line.

Struttura molecolare del glifosato

Lo studio, effettuato da un gruppo di ricercatori in Texas, ha evidenziato che l’erbicida, commercializzato col nome RoundupÒ, potrebbe danneggiare le api indirettamente perturbando la flora batterica del loro intestino. (E.V.S. Motta et al. Glyphosate perturbs the gut microbiota of honey bees., Proc. Nat. Acad. Sci. USA., 2018, DOI: 10.1073/pnas.1803880115). Gli scienziati pensano che i risultati potrebbero aiutare a spiegare il declino delle api da miele osservato negli ultimi anni.

Il gruppo, coordinato da Nancy Moran, esperta in biologia delle api alla Texas University di Austin, ha esposto centinaia di api operaie al glifosato a concentrazioni uguali a quelle che avrebbero potuto incontrare nei pressi di campi agricoli trattati con l’erbicida.

Nancy Moran

Questo gruppo di api è stato poi reintrodotto nel proprio alveare. Dopo tre giorni la flora batterica dell’intestino di queste api è stata analizzata e confrontata con quella di un gruppo di api non trattato col glifosato. I ricercatori hanno scoperto che l’abbondanza di alcune delle otto specie predominanti di battèri intestinali era significativamente diminuita nelle api trattate rispetto a quelle non trattate, suggerendo che l’esposizione al glifosato aveva modificato la composizione della flora batterica intestinale nel gruppo di api trattato. I due gruppi sono stati poi esposti a un comune agente patogeno delle api. E’ risultato che le api operaie esposte al glifosato sono decedute a velocità più elevate rispetto alle api non esposte, portando alla conclusione che la diminuzione di alcuni battèri della flora intestinale aveva reso gli insetti trattati più vulnerabili degli altri.

Queste conclusioni corrispondono a quelle riportate in precedenza che hanno dimostrato che le api da miele con flora intestinale compromessa sono malnutrite e suscettibili alle infezioni. Moran sostiene che questi risultati, insieme ai dati che mostrano che il glifosato può influenzare i battèri del suolo e che si accumulano nelle api, suggeriscono ai ricercatori di valutare se i possibili effetti indesiderati del popolare erbicida abbiano avuto un ruolo nel declino delle api.

Continua Moran: “Circa 10 anni fa, ci fu un preoccupante declino nelle popolazioni di api da miele, in seguito chiamato colony collapse disorder. I tassi di mortalità hanno continuato ad essere alti, ma i decessi non sono stati così improvvisi.”

Fred Gould, entomologo, patologo ed ecologista, professore distinto della North Carolina State University, fa notare che ricercatori hanno esaminato il ruolo di diversi pesticidi e fungicidi nel declino e nell’infezione delle colonie di api, ma il glifosato non era mai stato preso in considerazione. La ricerca di possibili effetti trascurati, come quelli descritti nel nuovo studio è un sintomo che questo settore di indagine è in netto miglioramento rispetto al passato.

Fred Gould

Come quasi tutti gli erbicidi, il glifosato agisce bloccando un enzima chiamato EPSP sintasi nelle piante, necessario per la biosintesi di amminoacidi aromatici come la fenilalanina, la tirosina e il triptofano, impedendo così la crescita delle piante[1]. Il glifosato non uccide i battèri, ma impedisce loro di crescere, e la maggior parte dei batteri trovati nell’intestino delle api portano il gene che codifica l’enzima.

Ma mentre alcune specie di battèri che abitano nell’intestino delle api sono sensibili al glifosato, altre lo sono meno, perché portano un gene per una forma di EPSP resistente al glifosato, o per altri meccanismi sconosciuti, dice Moran. Il suo gruppo ha in programma di ripetere i loro esperimenti su alveari interi e di esplorare i meccanismi di nonresistenza degli EPSP.

Colonia di api da miele

L’impatto ambientale e gli effetti sulla salute del glifosato sono una questione ancora controversa dice Gould, quindi studi sull’ intero alveare potrebbero far luce sugli effetti dell’ erbicida su una specie critica per l’agricoltura.

Questi studi potrebbero anche aiutare a evitare possibili effetti negativi del glifosato sulle api. Il risultato probabile sarà una sorta di miglior pratica su quando e dove spruzzare il glifosato, dice Juliana Rangel, entomologa della Texas A & M University.

Juliana Rangel

L’impollinazione attraverso le api è un’industria di circa 15 miliardi di dollari l’anno, dice, e “molte volte, tragedie come il colony collapse disorder possono essere evitate con una migliore comprensione dell’ecosistema”.

[1] A differenza di molti altri erbicidi che risultano efficaci contro alcune specie, cioè selettivi, il glifosato è un erbicida totale il che ne spiega l’uso generalizzato.

Tracciabilità del miele.

Nota: si ricorda che le opinioni espresse in questo blog non sono da ascrivere alla SCI o alla redazione ma al solo autore del testo

a cura di Luigi Campanella, ex Presidente SCI

Il miele è un alimento composto prevalentemente da zuccheri semplici come il fruttosio ed il glucosio. Questi, a differenza degli zuccheri composti come il saccarosio (zucchero da cucina) sono facilmente assorbibili dall’organismo umano. Infatti per poter digerire uno zucchero composto (disaccaride) l’organismo deve prima separarlo in due zuccheri semplici (monosaccaridi). Questa caratteristica di facile assorbimento ed il suo alto potere nutrizionale (303 Kcal/100 g miele) lo rende un alimento disponibile a tutte le fasce d’età ed in particolare i bambini, gli sportivi e gli anziani.

Il miele possiede inoltre proprietà antibatteriche ed antinfiammatorie dovute in particolare alla sua elevata osmolarità, all’acidità e al suo contenuto in perossido di idrogeno. Queste caratteristiche sono alla base del suo utilizzo per il trattamento di alcuni disturbi gastrointestinali e delle ferite superficiali della pelle (Greenwood, 1993; Taormina et al., 2001, Molan, 2001; Cooper et al., 2002). Il perossido di idrogeno viene prodotto per via enzimatica ed è il maggior responsabile dell’attività antibatterica del miele.

miele1

Il D.L. 179/2004, che recepisce la direttiva europea 2001/110 EC del 20 dicembre 2001 definisce il miele come “……..la sostanza dolce naturale che le api (Apis mellifera) producono dal nettare di piante o dalle secrezioni provenienti da parti vive di piante o dalle sostanze secrete da insetti succhiatori che si trovano su parti vive di piante che esse bottinano, trasformano, combinandole con sostanze specifiche proprie, depositano, disidratano, immagazzinano e lasciano maturare nei favi dell’alveare”. A tutela della qualità il D.Lvo. 179/2004 indica anche gli obblighi relativi all’etichettatura del miele.

La regolamentazione tenta di evitare lo spostamento del mercato verso un miele di tipo industriale di imprecisa origine e probabilmente di qualità minore, di diminuire la probabilità del verificarsi di fenomeni di adulterazione e/o sofisticazione,di incentivare l’utilizzo di migliori tecniche produttive.

In Italia il consumo pro capite di miele, che si aggira intorno ai 350-400 g annui, è basso rispetto alla media dei consumi europei (700 g). La produzione italiana di miele è stimata intorno alle 12000 tonnellate per un totale di circa un milione di alveari.

Il miele italiano subisce una forte concorrenza da parte dei mieli che provengono dalla Argentina e dalla Cina, che hanno costi di un 50% inferiore (circa 1.20 euro/Kg). Ciò nonostante, l’Italia è l’unico paese al mondo che produce, grazie alle sue particolari condizioni climatiche e geografiche, più di 30 diversi tipi di miele pregiato. Ciò è indicativo della genuinità, freschezza e qualità del prodotto miele che spesso è riconducibile a particolari zone geografiche di produzione come la zona di Montefeltro nella provincia di Pesaro – Urbino

Il miele è compreso tra i prodotti di origine animale per il quale il D. Lvo: 336/1999, che recepisce le direttive 96/22/CE e 96/23/CE, prevede misure di controllo da parte dei paesi UE finalizzate alla ricerca di residui di farmaci veterinari e di agenti contaminanti.

Tra questi ultimi vengono indicati sia gli elementi chimici, sia i composti organofosforati e organoclorurati (compresi i policlorobifenili). Questi possono contaminare l’alveare ed essere trasmessi ai prodotti dell’alveare mediante molteplici meccanismi, come ad esempio l’adesione di particelle aereodisperse al corpo delle bottinatrici durante il volo, la contaminazione del nettare e del polline per deposizione atmosferica sui fiori o mediante trasporto linfatico nelle piante dopo l’assorbimento dal suolo, l’ingestione di acqua inquinata da parte delle bottinatrici stesse (Conti et al., 1998).

L’autenticità degli alimenti è un argomento che ha una grande importanza economica e sociale. L’autenticità contribuisce a garantire le caratteristiche e la qualità dei prodotti alimentari e ad impedire eventuali adulterazioni o etichettature inesatte. I mieli possono essere adulterati mediante diluizione per aggiunta di acqua o aggiunta di zuccheri e sciroppo oppure etichettati in modo fraudolento come monofloreali o con origine geografica non corretta.

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Varie metodologie statistiche multivariate sono state applicate allo scopo di esaminare l’autenticità di una vasta gamma di prodotti. Una classificazione geografica di oli di oliva italiani (Derde et al., 1984) e di spremute di arance (Bayer et al., 1980) è stata ottenuta utilizzando l’analisi dei gruppi, l’analisi discriminante lineare e SIMCA. Un grande numero di altri esempi sono riportati in letteratura riguardanti una vasta varietà di alimenti (pesce, latte, liquore e soprattutto vino) per i quali sono stati utilizzati varie proprietà chimiche e differenti strumenti statistici (Kwan et al., 1979; Kwan e Kawalski, 1980; Franco et al., 1990; Favreto et al., 1994; Moret et al., 1994). Per quanto riguarda il miele, Pena e Herrero (1993) hanno mostrato che i metodi statistici multivariati possono essere applicati con successo per ottenere una corretta classificazione geografica dei mieli provenienti da differenti origini. Altri lavori in letteratura (Sanz et al., 1995; Pena Crecente e Latorre, 1993; Feller-Demalsy et al., 1989; Gomez et al., 2000) riportano l’applicazione di metodi statistici, su alcuni parametri chimici e fisici, per la classificazione di campioni di mieli con differenti origini geografiche. La composizione specifica di un particolare campione di miele dipende molto dal tipo di fiori visitati dalle api, così come dalle condizioni climatiche in cui le piante crescono (Abu-Tarboush et al., 1993). Ciò permette la determinazione dell’origine botanica e possibilmente anche geografica del miele (Latorre et al., 1999; Paramas et al., 2000; Sanz et al., 1995).

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In definitiva i problemi sono due: garantire un prodotto privo di contaminanti, assicurare tracciabilità geografica e produttività. Ad entrambi gli scopi la Chimica fornisce un contributo determinante.

Le citazioni sono estratte dall’articolo di Conti E. et al. La componente minerale ed alcuni parametri qualitativi dei mieli prodotti nella regione Marche pubblicato Su La Rivista di Scienza dell’alimentazione anno 35 numero unico 2006 .

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E’ APERTA LA RACCOLTA DI FIRME PER LA PETIZIONE ALLA IUPAC per dare il nome Levio ad uno dei 4 nuovi elementi:FIRMATE!

https://www.change.org/p/international-union-of-pure-and-applied-chemistry-giving-name-levium-to-one-of-the-4-new-chemical-elements

Sulle api e gli insetti sociali in genere: collaborazione stigmergica e intelligenza collettiva

Nota: si ricorda che le opinioni espresse in questo blog non sono da ascrivere alla SCI o alla redazione ma al solo autore del testo

a cura di Annarosa Luzzatto

Mi scuso per l’intervento di una non-chimica come me in un sito come il vostro, ma il problema della comunicazione intraspecifica tra le api ed i loro “linguaggi”, di cui il Prof. Scorrano (1) ha scritto di recente, affascina anche me, ed in quanto biologa, anche se non particolarmente esperta in questo specifico campo, mi sento chiamata ad intervenire.

Scienziati e persone comuni nei secoli sono rimasti increduli e curiosi di fronte alle realizzazioni degli insetti sociali come formiche e termiti da una parte, api e vespe dall’altra. Le termiti costruiscono termitai alti anche alcuni metri, con una struttura interne molto sofisticata. Api e vespe, oltre a costruire nidi complessi, sono capaci di procurarsi il cibo esplorando il territorio e comunicando a tutto lo sciame dove trovarne di buona qualità.

Negli ultimi decenni gli insetti sociali come le formiche e le termiti sono state oggetto di analisi e studi approfonditi per la loro capacità di costituire società ordinate e collaborative, in grado di costruire strutture abitative molto complesse, pur essendo animali minuscoli con un sistema nervoso relativamente semplice

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(Fig. 1). Comitiva di turisti di fronte ad un grande termitaio alto oltre 4 metri nel parco di Litchfield. (http://www.camperisti.it/b/conclusi/maustr91.htm, Australia, Agosto 2009)

Dallo studio della capacità di cooperazione di questi insetti ha tratto ispirazione anche la robotica. Si è scoperto che, con poche indicazioni basilari e in totale assenza sia di capi guida che di progetti organici, questi insetti sociali sono in grado di cooperare per raggiungere obiettivi complessi. Questa capacità di collaborazione tra pari ha preso il nome di stigmergy (2) termine coniato dal biologo francese Pierre-Paul Grassé (3) riferendosi alla costruzione dei termitai: le termiti dipenderebbero poco da interazioni dirette tra loro, ma piuttosto da segnali lasciati nell’ambiente cui rispondono migliaia di individui.

Imitando questo tipo di comportamento delle termiti, alcuni ricercatori hanno presentato un piccolo esercito di minirobot capaci di raggiungere obiettivi complessi collaborando tra loro (4). La capacità delle colonie di insetti di collaborare stigmergicamente ad un “progetto” comune è stata definita intelligenza degli sciami, “Swarm intelligence” (5) e la tecnologia dei micro robot ha preso il nome di “swarm robotics”(6)

Da quanto riportato, appare evidente che l’intelligenza limitata di animali minuscoli non è di per sé una limitazione delle loro potenzialità, perché questi minuscoli organismi, organizzati in gruppi di migliaia di individui, costituiscono una sorta di intelligenza collettiva, che ha portato alcuni autori a parlare di “superorganismo” (7).

Ma come comunicano tra loro gli individui di una stessa colonia? Termiti e formiche, animali terricoli, le comunicazioni si attuano principalmente tramite il tatto e l’olfatto, per mezzo di mediatori chimici (ferormoni) rilasciati sul terreno durante gli spostamenti: più spesso un determinato percorso viene seguito, più forte sarà la traccia odorosa. La vista svolge una funzione secondaria, la maggior parte delle formiche ha una vista scarsa ed alcune specie sono del tutto cieche.

Per gli insetti alati come le api l’olfatto non è sufficiente: sono attratte dal profumo dei fiori, ma se i fiori sono lontani dall’alveare non basta il profumo, sono necessarie indicazioni più precise.

Un’ape in un ampia campagna si trova un po’ come gli antichi navigatori vichinghi nel grande oceano: “Una nave Vichinga è sulla via del ritorno verso casa […] Ma la casa dov’è? Il cielo è sempre più nuvoloso, le stelle non sono quasi mai visibili ed anche il sole di giorno occhieggia di rado. […] Leif il Fortunato scorge un varco tra le nubi. Estrae dalla cintura la sua pietra del sole, guarda un lembo di cielo blu attraverso il cristallo, ruotandolo finché non diventa giallo. Ed ecco, Leif grida al timoniere indicando a dritta col braccio teso … verso casa.” (8)

stigmergico3

(fig. 3). http://www.nature.com/news/2011/110131/images/news58-i1.0.jpg. As highly skilled navigators, Vikings crossed thousands of kilometres of open sea. BRYNA PRODS/UNITED ARTISTS / THE KOBAL COLLECTION

Leif Eikson, il primo europeo a raggiungere il Nord America, usa una misteriosa “pietra del sole” dalle proprietà quasi magiche. Di recente si è scoperto trattarsi di un cristallo che permette di rilevare la polarizzazione della luce (9).

Per gli umani “vedere” la luce polarizzata non è facile, dato che l’occhio umano non è in grado di percepirla. L’occhio delle api invece la percepisce, come del resto molti altri animali (10). Gli occhi degli insetti sono composti da migliaia di ommatidi disposti a stella (le api mellifere ne hanno circa 5.500), ognuno con lente cristallino; la rodopsina (il pigmento visivo) si trova allineato parallelamente nei microvilli delle cellule visive, quindi ogni cellula avrà una differente sensibilità alla luce polarizzata a seconda dell’orientamento dei microvilli (11).

Dato che percepiscono la luce polarizzata, le api possono facilmente orientarsi rispetto al sole; tornata all’alveare, l’ape esegue una particolare danza per comunicare alle compagne la direzione e la distanza delle fonti di nettare appena individuate

Il primo a descrivere in modo esauriente la comunicazione tra api di uno stesso sciame è stato von Frisch, cui è stato attribuito il premio Nobel nel 1973 (12)

Gli studi sulla danza delle api sono poi continuati negli anni, intensificandiosi negli ultimi anni a causa della moria delle api stesse. Nel 2014 alcuni ricercatori della Sussex University hanno decodificato sperimentalmente il messaggio della danza delle api, verificandone le indicazioni in diverse stagioni dell’anno (13) . Altre ricerche sono invece focalizzate sull’efficienza della danza in api cui è stato impedito di riposare (14, 15)

Per concludere mi sembrano molto attuali le parole di un articolo di Armando Masserenti sul Sole 24 Ore (16). La cultura classica aveva stabilito una connessione intima tra gli uomini e le api. Perché le api sono, come gli umani, esseri altamente sociali, la cui vita è regolata da ruoli e regole precise. E anche da una forma di linguaggio. Questa è la grande conclusione cui arriva lo zoologo viennese e premio Nobel Karl von Frish nel 1945 […] Nella mentalità scientifica del tempo, gli esseri invertebrati erano da considerarsi “inferiori” sotto ogni aspetto, per cui veniva ritenuto impossibile riconoscere a degli insetti una qualsiasi capacità cognitiva. Come scrive Giorgio Celli, «l’uso dei segni presuppone una capacità di”lettura” del reale di cui l’uomo si credeva o si arrogava di essere il solo depositario». […]

Ora non solo le distanze tra l’uomo e gli altri animali si stanno accorciando, ma stiamo scoprendo che dagli altri animali abbiamo ancora molto da imparare. Le organizzazioni sociali di diversi animali, tra i quali le api, possono rappresentare un possibile modello di associazione cooperativa. Anche nella specie umana stiamo sviluppando una forma di “intelligenza collettiva” superiore all’intelligenza di ogni singola persona, come la “swarm intelligence” delle api trascende le modeste capacità di ogni singolo insetto.

Bibliografia

  1. Gianfranco Scorrano, Ancora sulle api: danza e odori, Blog della SCI, 15.11.23. https://ilblogdellasci.wordpress.com/2015/11/23/ancora-sulle-api-danza-e-odori/
  2. Wikipedia, Stigmergy. https://en.wikipedia.org/wiki/Stigmergy
  1. Bonabeau, E.“Editor’s Introduction: Stigmergy.”Special issue of Artificial Life on Stigmergy. Volume 5, Issue 2 / Spring 1999, p.95-96. (http://www.stigmergicsystems.com/stig_v1/stigrefs/article1.html)
  1. Justin Werfel,Kirstin Petersen,Radhika Nagpal, Designing Collective Behavior in a Termite-Inspired Robot Construction Team. Science 14 February 2014, Vol. 343 no. 6172 pp. 754-758 , Ripreso da: “Robot-muratori o Robot-termiti: l’edilizia del futuro si ispira alla stigmergia degli insetti sociali”. Caterina Lenti, 14.02.23, http://www.meteoweb.eu/2014/02/robot-muratori-il-futuro-delledilizia-ispirato-alla-stigmergia-delle-termiti/264908/); si veda anche l’ambiente di sviluppo totalmente libero Netlogo dove ci sono programmi basati sugli automi indipendenti (dalle molecole agli insetti, agli uomini) che simulano la complesità a partire da molti automi indipendenti ciascuno dotato di regole di comportamento semplicissime https://ccl.northwestern.edu/netlogo/
  1. Swarm intelligence, https://it.wikipedia.org/wiki/Swarm_intelligence
  1. Swarm robotics, http://www.lswn.it/robotica/swarm-robotics/
  1. “Il superorganismo. Bellezza, eleganza e stranezza delle società degli insetti”. Bert Hölldobler ed Edward O. Wilson, Traduzione di Isabella C. Blum. Adelphi, Biblioteca scientifica, 2011.
  2. Da “Landnámabók” di Ari Thorgilsson . Il testo è tradotto da “The Viking Sunstone”, https://www.polarization.com/viking/viking.html.
  1. Gábor Horváth et al., On the trail of Vikings with polarized skylight: experimental study of the atmospheric optical prerequisites allowing polarimetric navigation by Viking seafarers, The Royal Society Philosophical Transaction B, 31 January 2011. http://rstb.royalsocietypublishing.org/content/366/1565/772, ripreso da Nature http://www.nature.com/news/2011/110131/full/news.2011.58.html.
  1. Polarized Light in Animal Vision: Polarization Patterns in Nature. Gábor Horváth,Dezsö Varju, Springer, 12 Jan 2004.
  1. Insects P-Ray Vision. The Biological Basis of Polarization Vision in Insects. https://www.polarization.com/eyes/eyes.html
  1. “Il linguaggio delle api”, Karl von Frisch, Bollati Boringhieri, 2012
  1. M. J. Couvillon, et al., Plos One, April 2, 2014. Waggle Dance Distances as Integrative Indicators of Seasonal Foraging Challenges. http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0093495
  1. Barrett A. Klein et al., Sleep deprivation impairs precision of waggle dance signaling in honey bees. Pnas, vol. 107 no. 52, November 23, 2010, http://www.pnas.org/content/107/52/22705.abstract#corresp-1; riassunto in italiano: Chris Sorrentino, “Ape stanca, danzatrice pessima”, 15 dicembre 2010, http://naturamatematica.blogspot.it/search/label/Matematica%20degli%20animali#.VlCf4narSUk
  1. Leah Shaffer, Science,11.13.14. Sleep-Deprived Bees Do Weirder Waggle Dances. http://www.wired.com/2014/11/berrett-klein-honeybees/;

riassunto su The Guardian: http://www.theguardian.com/environment/2014/apr/03/honeybees-fly-further-in-summer-to-find-food-study-shows).

  1. “Von Frisch danza con le api”, Armando Masserenti, il Sole 24 Ore, 24 giugno 2012. http://www.ilsole24ore.com/art/cultura/2012-06-24/frisch-danza-081522.shtml?uuid=AbAUcIxF

Ancora sulle api: danza e odori

Nota: si ricorda che le opinioni espresse in questo blog non sono da ascrivere alla SCI o alla redazione ma al solo autore del testo

di Gianfranco Scorrano, già Presidente della SCI

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Karl von Frisch. Zoologo (Vienna 1886 – Monaco di Baviera 1982)

Ho letto recentemente l’articolo Virgilio e le api: Uno studio sulle antiche credenze sull’apicultura di B.G.Whitfield su Greece and Rome, 1956, Vol.3 pp.99-117, disponibile sul sito https://www.jstor.org/stable/641360?seq=8#page_scan_tab_contents

in cui si discutono molti degli autori che hanno scritto sulle api: Aristotile (Historia Animalia), Teofrasto, Eliano, Plinio, Columella, Virgilio (Georgiche) tra gli altri. Naturalmente vi è poco di scientifico nei loro studi, però ad esempio viene citato che, credenza comune, l’ape di riferimento era considerata il re (non la regina) dell’alveare. Viene anche notato da Aristotele qualcosa di simile a quanto molto più avanti sarà discusso da von Frisch: “le api stanno di regola dentro l’arnia; quando escono, si innalzano nell’aria ruotando in circolo in un tipo di esercizio ginnastico; quando finiscono, rientrano nell’arnia e si cibano in maniera vorace del miele”. http://classics.mit.edu/Aristotle/history_anim.mb.txt cap.40

Allora vediamo chi era Karl von Frisch. Zoologo austriaco (Vienna 1886 – Monaco di Baviera 1982), professore nelle università di Rostock, Breslavia, Graz e Monaco di Baviera. I suoi studî più importanti si sono rivolti all’indagine della fisiologia sensoriale dei pesci e delle api. Ha compiuto esperimenti di grande interesse sul linguaggio, il riconoscimento dei colori e l’orientamento nelle api. Per tali fondamentali ricerche ha ottenuto nel 1973, insieme a K. Lorenz e a N. Tinbergen, il premio Nobel per la fisiologia. Ha pubblicato: Aus dem Leben der Bienen (1927, trad. it. 1951), sulla vita delle api; Bienenfibel (1954), sul linguaggio delle api; Tanzsprache und Orientierung der Bienen (1965), orientazione delle api e linguaggio della danza. apisc2

Esaminiamo quest’ultimo passaggio seguendo in particolare quanto descritto dallo stesso Frisch nella conferenza di accettazione del Nobel. http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1973/frisch-lecture.pdf

Secondo Frisch l’ape, al ritorno da una fruttifera spedizione verso i fiori, ha a disposizione due tipi di movimento: uno circolare e l’altro a otto, con uno scuotimento dell’addome, usati rispettivamente per suggerire una distanza dall’arnia piccola (50 metri) o più grande (150 e più) rispettivamente.

Tali movimenti vengono realizzati all’interno dell’arnia: dobbiamo ricordarci che nell’arnia le api sono molto ammassate, raggiungendo spesso numeri di 10-30000. Possiamo vedere una rappresentazione di uno di questi movimenti così come avvengono nell’arnia:

L’elevata densità di api mal si concilia con la possibilità che il semplice movimento dell’addome dell’ape messaggera si possa trasmettere all’insieme delle api dell’arnia.apisc3

Peggio ancora se si vuole prendere per riferimento anche l’ulteriore passaggio proposto da von Frisch: l’ape si orienta prendendo come riferimento l’arnia e il sole e l’arnia e il campo di raccolta proposto: descrive quindi, nella sua dimostrazione attraverso lo scuotimento dell’addome, quale è l’angolo tra le due direzioni, oltre alla distanza dall’arnia al campo attraverso l’intensità dello scuotimento. Naturalmente l’angolo varia con l’ora della giornata…..

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L’insieme della “danza” è chiaramente un segnale per le altre api dell’esistenza di un campo contenente fiori. Però mi sembra esagerato chiamare questo un linguaggio delle api. Qual è la grammatica e la sintassi? Sorprendente è anche l’affermazione che le api http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1973/frisch-lecture.pdf per orientarsi percepiscono anche la luce polarizzata e utilizzano per orientarsi anche il campo magnetico terrestre. A me sembra impossibile che tali animali (vi ricordo che le operaie sono lunghe 12-13 millimetri!) abbiano tutte queste percezioni. In effetti anche von Frisch cita tra gli altri dissidenti il prof. Werner, il quale combattè una lunga battaglia http://www.beesource.com/point-of-view/adrian-wenner/ cercando di dimostrare come le api fossero guidate dall’odore.

Piuttosto, un lavoro un po’ più recente di Corinna Thom e collaboratori, dal titolo “The Scent of the Waggle Dance” ci dà un’altra prospettiva (PLoS Biol.2007 Sep. 5(9) e228): utilizzando tecniche di microestrazione in fase solida e analisi gas-cromatografica con spettrometria di massa hanno potuto rilevare che le api che danzano la danza della coda, al ritorno dall’approvvigionamento producono nell’addome e rilasciano nell’aria due alcani, il tricosano e il pentacosano, e due alcheni, Z-9-pentacosene e Z-9-tricosene tricosano

pentacosano apisc5C25H52

CH3(CH2)21CH3                 tricosano

apisc6

Z-9-tricosene

CH3(CH2)7CH==CH(CH2)14CH3       cis-9-pentacosene

Questi prodotti hanno la capacità di eccitare molti altri imenotteri. Gli autori pensano di aver dimostrato che gli odori dei prodotti su indicati possano attrarre le api attorno alla danzatrice e quindi aumentino il numero delle api che poi seguono la danzatrice verso i campi fruttiferi.

C’è forse, come accennato su wikipedia https://en.wikipedia.org/wiki/Waggle_dance il tentativo di conciliare le due visioni “waggle dance” e odori. Le api comunque continuano nel loro massacrante lavoro.

Formiche, api e….chimica.

Nota: si ricorda che le opinioni espresse in questo blog non sono da ascrivere alla SCI o alla redazione ma al solo autore del testo

di Gianfranco Scorrano, già Presidente SCI

La favola di Esopo della formica e della cicala:

cicala1

Durante l’estate la formica lavorava duramente, mettendosi da parte le provviste per l’inverno. Invece la cicala non faceva altro che cantare tutto il giorno. Poi arrivò l’inverno e la formica ebbe di cui nutrirsi, dato che durante l’estate aveva accumulato molto cibo. La cicala cominciò a sentire i morsi della fame, perciò andò dalla formica a chiederle se potesse darle qualcosa da mangiare. La formica le disse: «Io ho lavorato duramente per ottenere questo; e tu, invece, che cosa hai fatto durante l’estate?» «Ho cantato» rispose la cicala. La formica allora esclamò: «E allora adesso balla!»

Da cui si ricava la morale: chi nulla mai fa, nulla mai ottiene. La formica è una lavoratrice e la cicala no.

Ma è vero? Due entomologi Anna Dornhaus e Daniel Charbonneau della Università dell’Arizona hanno raccolto 225 esemplari di Temnothorax rugatulus, formiche del nord America, appartenenti a 5 diverse colonie e, dopo averle inserite in formicai vetrati grazie ai quali era possibile vederle, ne hanno osservato e fotografato il comportamento. Tra le 225 formiche analizzate, i ruoli sono stati distinti in 4 macro gruppi: 34 formiche nutrici, che si occupano della uova, 26 operaie che lavoravano fuori dal nido, 62 tuttofare e ben 103 nullafacenti, queste ultime non avevano alcun tipo di ruolo e trascorrevano intere giornata e nottate senza svolgere una qualsiasi attività. Tra le ‘lavoratrici’ il 71,9% risultava inattivo almeno meta’ del tempo, il 25,1% non lavorava mai e solo il 2,6% era sempre attivo durante l’osservazione.(Pubblicato su Behavioral Ecology and Sociobiology,2015, 69, 1459-1472l).

Certamente queste non sono formiche di Esopo. Le formiche appartengono, come le api e le vespe, agli imenotteri e ai cosiddetti insetti sociali che vivono in società organizzate. Prendiamo ad esempio le api (per gli altri insetti la situazione è simile) e vediamo come sono organizzate.

cicala2Le api fanno parte , grazie ai fumetti, dell’immaginario collettivo (esempio, l’ape Maya) e in realtà fanno anche parte della vita umana perché sono state da lungo tempo “addomesticate” per utilizzare i loro prodotti e le loro capacità impollinatrici.

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La cura delle api si è sviluppata in tempi antichissimi: esistono rappresentazioni ritrovate in tombe egizie del 600 a.C.. Ovviamente vi sono stati miglioramenti, come si può apprezzare esaminando una arnia moderna:

Un alveare in piena attività comprende: Una sola regina, più grande delle altre (ca.17-20 millimetri) che vive nel nido attorniata da api operaie che la nutrono e la puliscono; ha il compito di fare le uova ed è la madre di tutte le api della famiglia; vive fino a sei anni. 300 fuchi, i maschi lunghi circa 15 millimetri, non sono capaci di procurarsi il cibo perché hanno una bocca non adatta a succhiare il nettare o organi per raccogliere il polline; hanno l’unico compito di fecondare l’ape regina, dopo di che muoiono. 25000 api operaie che stanno all’interno dell’alveare per svolgere le diverse funzioni di pulitura dell’arnia, cura della regina, protezione dell’arnia, etc; l’aspettativa di vita va da trenta giorni a sei mesi; sono lunghe 12-13 millimetri. 25000 api operaie bottinatrici (del tipo operaie) che hanno il compito di raccogliere all’esterno il necessario per la vita dell’alveare: acqua, nettare, polline e propoli. 9000 larve che devono essere nutrite. 20000 larve, nella fase di pupa. 6000 uova sistemate nel fondo della cella.

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A me pare una organizzazione crudele: i maschi muoiono presto (subito dopo l’accoppiamento) le femmine in massimo sei mesi; solo la regina dura fino a sei anni, anche se si accoppia una sola volta, sia pure con molti fuchi. Ovviamente non vi è cenno di vita “familiare”. Comunque le api sono utilissime all’uomo sia per l’impollinazione delle piante che per la produzione di vari prodotti. L’impollinazione avviene perché, mentre succhiano i fiori, le api si ricoprono di polline che poi trasferiscono ai successivi fiori che attaccano: ovviamente le piante non possono muoversi, ma le api, svolazzando di fiore in fiore suppliscono con efficienza nel trasmettere il necessario polline.

Le api producono: miele, pappa reale, propoli, polline, cera, veleno. Tutti conosciamo il miele (composizione:75% zucchero (mono e polisaccaridi), 17% acqua; 8% altre sostanze) si dice monoflorale se proviene prevalentemente da un solo fiore (Acacia, Castagno, Girasole, etc) oppure millefiori se le api visitano più fiori e nessuno prevale. E’ stato stimato che per produrre un chilo di miele le api fanno 60 mila voli di andata e ritorno dall’alveare ai fiori per un totale di circa 150 mila chilometri, quasi quattro volte il giro della terra.

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La pappa reale è il cibo dell’ape regina. E’ una sostanza gelatinosa di colore bianco prodotta dalle api operaie di età compresa tra cinque e quattordici giorni. Viene utilizzata per alimentare l’ape regina durante l’arco della sua vita e tutte le larve nei primi tre giorni di vita E’ un alimento eccezionale che però per il suo alto tenore in acqua (acqua 69,8% residuo secco 30,2) si deteriora facilmente.

Il nome propoli deriva dal greco: pro (a favore) polis (della citta), una sostanza accumulata attorno all’alveare per permetterne una più facile difesa. La propoli è composta di resine e balsami (50-55% acqua, 30% residuo secco, 10-15% oli essenziali, 5% polline, 5% altre sostanze organiche e minerali) ma contiene anche cera. Viene usato dalle api per chiudere ogni spiffero dell’alveare e per imbalsamare gli animali che entrano come predatori nell’alveare Uccisi, vuotati dalle parte molli e ricoperti con propoli per impedire la putrefazione.

Le api raccolgono sui fiori il polline, lo impastano con il nettare e lo trasportano nelle cellette del favo. Viene utilizzato per l’alimentazione delle larve di api operaie e fuchi a partire dal terzo giorno di vita, mentre le api nutrici lo usano per produrre gelatina reale. La composizione è 16% acqua, 30% proteine, 22% amminoacidi, 37% zuccheri, 5% altre sostanze. E’ l’unica fonte proteica per le api e quindi importante per la loro crescita. Utile anche all’uomo.

Solo le api femmine hanno il pungiglione dal quale possono, nella puntura di altri, iniettare il veleno delle api ai vari nemici. C’è un problema però. L’uscita del pungiglione si trascina dietro parte dell’intestino dell’ape, che quindi muore. Il veleno è costituito da un miscuglio di una settantina di composti, solo 6 o 7 dei quali presente in quantità maggiore: da citare la mellitina, un peptide, presente per il 40-50%, e l’apammina presente per il 2% considerata appropriata per la cura della sclerosi multipla.

Due articoli su questo blog hanno affrontato il problema delle api e dei prodotti chimici in particolare i neonicotinoidi   (vedi: https://ilblogdellasci.wordpress.com/2013/05/08/salviamo-le-api-ma-senza-demagogia/

https://ilblogdellasci.wordpress.com/2014/06/25/api-e-pesticidi-una-conferma-autorevole/  )

considerando l’importanza, anche economica, che va sotto il nome di disturbo da collasso della colonia (CCD, colony collapse disorder). Questo si manifesta quando la maggioranza delle api operaie scompare dalla colonia e lascia indietro la regina, parecchio cibo e un piccolo numero di api operaie per curare le rimanenti api immature e la regina. Tali fenomeni sono avvenuti fin dai tempi antichi (in Irlanda vi sono stati episodi di “grandi mortalità di api” nel 950, e poi nel 992 e nel 1443 [1]. Solo nel 2006 la sindrome è stata rinominata CCD in concomitanza di un drastico aumento nel numero di sparizioni dell’ape in America.

In ambito della UE è stato deciso di bandire per un biennio (a partire da dicembre 2014) l’uso di neonicotinoidi.

Abbiamo visto la vita complessa delle api, brevemente, e non possiamo fare a meno di chiederci: “ma come fanno le api a comunicare?” La risposta è semplice: con la chimica.

Le api possono produrre una serie di feromoni, ognuno con le proprie emanazioni odorose che sono i segnali per ogni operazione. Per esempio, quando vogliono orientare il loro volo verso un obiettivo, per esempio l’arnia o comunque un luogo da usare come dimora, secernono da una ghiandola detta di Nasonov un complesso di composti odorosi che contengono geraniolo, acido nerolico, acido geranico, E-citrale, Z-citrale, E,E- farnesale, nerolo. Il loro odore guida le api verso l’arnia, verso l’acqua e anche verso i fiori.

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Fig 1. Geraniolo

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Fig 2. Acido nerolico

 

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Fig 3. Acido geranico

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Fig 4. E-citrale (geraniale)

      

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Fig 5. Z-citrale (nerale)

                                      

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Fig 7. Nerolo

 

Molte altre operazioni son governate da altri feromoni, ma questo è un altro argomento.

  • Benjamin P Oldroyd , June 12, 2007 PloSBio DOI: 10.1371/journal.pbio.0050168
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Fig 6. E,E-farnesolo

 

Api e pesticidi: una conferma autorevole.

Nota: si ricorda che le opinioni espresse in questo blog non sono da ascrivere alla SCI o alla redazione ma al solo autore del testo.

a cura di Andrea Tapparo ( andrea.tapparo@unipd.it )
 

tapparoQuesta che segue è una breve sintesi delle conclusioni dello studio realizzato dalla Task Force on Systemic Pesticides, che sarà a breve pubblicato (8 review) dalla rivista “Environmental Science and Pollution Research”. In coda il più ampio comunicato ufficiale in inglese della Task Force on Systemic Pesticides (http://www.tfsp.info/ )

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 A livello internazionale si riscontra una crescente preoccupazione nei confronti degli insetticidi neonicotinoidi e del fipronil, sostanze ad azione neurotossica ampiamente impiegate in agricoltura nella profilassi e nel trattamento di molteplici parassiti in svariate colture. Oltre ad avere effetti diretti anche su organismi “non target”, quali ad esempio gli insetti impollinatori come le api, il rischio ambientale associato all’uso di questi insetticidi è relazionabile alla perdita di biodiversità, nonché di funzionalità e ruolo degli ecosistemi contaminati.

La Task Force on Systemic Pesticides, ha presentato il 24 giugno il frutto del più ampio approfondimento bibliografico sull’argomento: il Worldwide Integrated Assessment (WIA, 8 articoli, che costituiranno un numero speciale della rivista Environmental Science and Pollution Research di imminente pubblicazione) rappresenta infatti il primo tentativo di sintetizzare lo stato delle conoscenze sui rischi associati a tali insetticidi attraverso l’esame critico di oltre 800 pubblicazioni scientifiche (tutte sottoposte a revisione tra pari).

Questi insetticidi possiedono proprietà fisiche, chimiche e biochimiche che ne allargano il raggio d’azione ben oltre la specie coltivata/trattata e il luogo di somministrazione. Essi infatti agiscono a livello sistemico (penetrano e si distribuiscono all’interno della pianta), mostrano una discreta persistenza ambientale (mesi o anni) ed una elevata solubilità in acqua, tutti fattori che contribuiscono ad estendere la contaminazione al suolo, alle acque sotterranee e superficiali e alla vegetazione, sia quella specificatamente trattata che quella esterna all’area coltivata. In alcuni situazioni le concentrazioni ambientali dei neonicotinoidi più persistenti possono crescere nel tempo, ad esempio nei suoli o nei tessuti di alcune piante, a causa dei ripetuti trattamenti.

Sono attualmente note molteplici vie di esposizione a questi insetticidi per gli organismi “non target”, sia croniche che acute. Ad esempio le api possono venir direttamente contaminate in volo dalle polveri emesse dalle seminatrici pneumatiche durante la semina delle sementi conciate: la pellicola di insetticida che ricopre il seme si erode nel corso delle operazioni di semina producendo (è il caso della semina del mais) un particolato letale per le api bottinatrici che si trovassero a volare nei pressi della seminatrice. Più in generale si può osservare che, in relazione alla modalità di utilizzo e alle proprietà dell’insetticida, gli organismi sia terrestri che acquatici sono spesso ripetutamente esposti a concentrazioni tutt’altro che trascurabili. Tra questi vi sono importanti (sotto il profilo ecologico) organismi che vivono nei corsi d’acqua (incluse le zone ripariali, le zone umide, gli estuari e i sistemi marini costieri) e che ne garantiscono la qualità.

L’esame della letteratura esistente evidenzia inoltre che, a livello globale, l’attuale uso consentito (ed in ottemperanza delle prescrizioni) degli insetticidi neonicotinoidi e del fipronil ha portato a livelli di contaminazione ambientale spesso eccedenti le concentrazioni tossicologicamente rilevanti per un ampio spettro di organismi “non target”, quindi con prevedibili impatti negativi sulla qualità degli ecosistemi interessati.

Sebbene queste sostanze siano state utilizzate per decenni (a partire dagli anni 90) e mostrino propriètà così peculiari (sono sistemici, persistenti e mobili nell’ambiente) il quadro delle valutazioni che emerge dalla WIA è senza precedenti. Esso indica con chiarezza che l’attuale impiego su larga scala di tali insetticidi non è ecologicamente compatibile e non può costituire una strategia sostenibile di lotta ai parassiti delle coltivazioni. In altre parole, è evidente che le correnti pratiche agricole, sempre più vincolate all’uso esteso di tali prodotti, pongono seri rischi ad un gran numero di organismi e alle funzioni ecologiche che essi svolgono.

Semina Mais 3

Misure sul campo per determinare la concentrazione di pesticida durante la semina.

Ed è anche sempre più evidente che l’attuale uso di neonicotinoidi e fipronil risulta incompatibile con i principi che sono alla base della lotta integrata (integrated pest management, IPM): essi sono infatti spesso routinariamente applicati (come nel caso delle sementi conciate, che è un classico uso profilattico) anche in assenza di specifici parassiti o dei loro effetti misurabili sulla produttività agricola. Più moderne, sostenibili ed efficaci strategie di gestione dovrebbero invece essere valutate e introdotte, alternative che si richiamano ai principi delle produzioni biologiche e/o della lotta integrata.

A conclusione delle WIA si auspica anche che “la politica” riconosca l’entità dei rischi ambientali che, a livello globale, comporta l’uso di tali insetticidi e che agisca di conseguenza (rapidamente e in coerenza con il principio di precauzione) per promuovere una loro più consona regolamentazione.

WIA e Task Force on Systemic Pesticides

Questo studio (WIA) è stato realizzato dalla Task Force on Systemic Pesticides (TFSP), un gruppo di lavoro internazionale e multidisciplinare costituito da circa 50 studiosi. Il gruppo ha operato attraverso una serie di workshop specificatamente dedicati all’argomento: Paris (2010), Bath (2011), Cambridge (2012), Montegrotto-Padova (2012), Louvain-la-Neuve (2013), Padova-Legnaro (2013). I componenti della Task Force, che operano sull’argomento in assenza di confitti di interesse, appartengono ad agenzie o enti di ricerca pubblici (principalmente Università) o ad associazioni che si dedicano esclusivamente alla conservazione/protezione delle risorse ambientali.

TFSP 1

La Task Force al lavoro

La Task Force ha operato grazie alle risorse istituzionali dei singoli componenti, al libero contributo di alcuni cittadini e al supporto di alcuni enti finanziatori che, si sottolinea, non hanno avuto alcun ruolo nella progettazione, nella realizzazione e nella pubblicazione degli studi realizzati:

– Triodos Foundation’s Support Fund for Independent Research on Bee Decline and Systemic Pesticides (donations by Adessium Foundation – The Netherlands)

– Act Beyond Trust (Japan)

– Utrecht University (Netherlands)

– Stichting Triodos Foundation (The Netherlands)

– Gesellschaft fuer Schmetterlingsschutz (Germany)

– M.A.O.C. Gravin van Bylandt Stichting (The Netherlands)

– Zukunft Stiftung Landwirtschaft (Germany)

– Study Association Storm (Student Association Environmental Sciences Utrecht University)

– Deutscher Berufs- und Erwerbsimkerbund e.V. (Germany)

– Gemeinschaft der europäischen Buckfastimker e.V. (Germany).

Per approfondire:

gli altri articoli del blog:

https://ilblogdellasci.wordpress.com/2013/02/04/tonio-le-api-e-la-chimica/

https://ilblogdellasci.wordpress.com/2013/05/08/salviamo-le-api-ma-senza-demagogia/

un filmato youtube

http://www.youtube.com/watch?v=3QceID-Vb64

e qui di seguito il testo in inglese del comunicato della Task Force:

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MEDIA BRIEFING NOTES

 taskforce

WORLDWIDE INTEGRATED ASSESSMENT ON SYSTEMIC PESTICIDES

Concern about the impact of systemic pesticides on a variety of beneficial species has been growing over the last 20 years. While attention has mainly focused on the economically important honey bee, scientists and others have also registered growing alarm about the decline in many other insect species.

The main focus of this concern has been the group of chemicals called neonicotinoids (neonics), which were introduced as pesticides to agriculture in the 1990s and have now become widespread. Although a few restrictions have been put in place, for example, by the EU Commission, governments have wavered over whether the science is conclusive enough to indicate action.

The Worldwide Integrated Assessment (WIA) undertaken by the Task Force on Systemic Pesticides set out to provide a comprehensive, independent analysis of these chemicals and their impact on ecosystems and biodiversity, in order to inform appropriate action in the future.

The findings will be published in the peer-reviewed Journal Environment Science and Pollution Research shortly (expected in the next week/s). The conclusions of the analysis as they appear in the Journal are published today (24.6.14)

WIA

This is the first meta-analysis to be undertaken on two groups of systemic insecticides, neonics and fipronil and the first time that all the relevant information from studies all over the world has been pulled together in one place.

Some aspects of this analysis have been broadly acknowledged before (e.g. risks to honeybees), but some have not (e.g. risks to birds, earthworms, other pollinators and aquatic invertebrates).

Individual studies have focussed on impacts on particular organisms, habitats or locations (e.g. bees in France, waterways in the Netherlands, birds in the US) and relatively few have specifically focused on biodiversity and ecosystem impacts, so this analysis moves our understanding forward in a much more holistic and extensive way.

Where the available data enables this, the analysis extends consideration of the risks beyond individual species and groups, to whole communities and ecosystem processes.

Undertaken by 29 independent scientists from numerous disciplines, the WIA considered over 800 peer-reviewed publications.

KEY FINDINGS

Harm

  • Neonics persist – particularly in soil – for months and in some cases years and environmental concentrations can build up over the years. This effectively increases their toxicity by increasing the duration of exposure of non-target species.
  • The metabolities of neonics (the compounds which they break down into) are often as or more toxic that the active ingredients.
  • The classic measurements used to assess the toxicity of a pesticide (short-term lab toxicity results) are not effective for systemic pesticides and conceal their true impact. They typically only measure direct acute effects rather than chronic effects via multiple routes of exposure.  In the case of acute effects alone, some neonics are at least 5,000 to 10,000 times more toxic to bees than DDT.
  • The effects of exposure to neonics range from instant and lethal to chronic. Even long term exposure at low (non-lethal) levelscan be harmful. They are nerve poisons and the chronic damage caused can include: impaired sense of smell or memory; reduced fecundity; altered feeding behaviour and reduced food intake including reduced foraging in bees; altered tunneling behaviour in earthworms; difficulty in flight and increased susceptibility to disease.

Ecosystems

  • Neonics impact all species that chew a plant, sip its sap, drink its nectar, eat its pollen or fruit and these impacts cascade through an ecosystem weakening its stability.
  • The combination of persistence (over months or years) and solubility in water has led to large scale contamination of, and the potential for accumulation in, soils and sediments, ground and surface water and treated and non-treated vegetation.
  • In addition to contaminating non-target species through direct exposure (e.g. insects consuming nectar from treated plants), the chemicals are also found in varying concentrations outside treated areas. They run off into surrounding soil and aquatic habitats easily. This polluted water, along with the dust created during the drilling of treated seeds, can contaminate wild plants growing in agricultural field margins and hedgerows providing the potential for major impacts on a broad range of non-target herbivorous invertebrates living in or near farmland.
  • This provides multiple routes for chronic and acute exposure of non-target species. Organisms inhabiting farmland are being chronically exposed and so are aquatic organisms living downstream of farmland, including inhabitants of riparian zones, estuarine and coastal marine systems.
  • The large scale bioavailability of these insecticides in the global environment at levels that are known to cause lethal and sub-lethal effects on a wide range of terrestrial, aquatic and soil beneficial microorganisms, invertebrates and vertebrates, poses risks to ecosystem functioning and services provided by terrestrial and aquatic ecosystems including soil and freshwater functions such as litter break down and nutrient cycling, food production, biological pest control, and pollination services.

Species

  • Neonics and fipronil have impacts that extend far beyond the intended crop, plant and pest species.
  • They are causing significant damage and pose a series risk of harm to a wide range of beneficial invertebrate species in soil, vegetation, aquatic and marine habitats and are affecting ecosystem services as a result.
  • There is a lack of research into the impact on vertebrate species though the assessment revealed sub-lethal impacts of concern across a range of species including birds.
  • The risk of harm occurs at field exposure levels (ie. the amounts used in agriculture) and lower.
  • It is clear that present day levels of pollution with neonics resulting from authorized uses, frequently exceed ‘lowest observed adverse effect concentrations’ for a wide range of non-target species and are thus likely to have large scale and wide ranging negative biological and ecological impacts.
  • The evidence is also clear that neonics pose a serious risk of harm to honey bees and other pollinators.
  • In bees, field-realistic concentrations adversely affect individual navigation, learning, food collection, longevity, resistance to disease and fecundity. For bumblebees, irrefutable colony-level effects have been found, with exposed colonies growing more slowly and producing significantly fewer queens. Field studies with free-flying bee colonies have proved difficult to perform, because control colonies invariably become contaminated with neonicotinoids, a clear demonstration of their pervasive presence in the environment.

The most affected groups of species are:

Terrestrial invertebrates

Terrestrial invertebrates such as earthworms are exposed to potential contamination via all four routes (air, water, soil, plants) with:

  • high exposure through soil and plants
  • medium exposure through surface water and leaching
  • low exposure via air (dusts)

The assessment found that both individuals and populations can be adversely affected by low or acute (i.e. ongoing) exposure making them highly vulnerable at field realistic concentrations – i.e., the concentrations which can be found in agriculture. These effects range from behaviour modification such as feeding inhibitions to mortality.

These species provide a myriad of ecosystem services, including the regulation and cycling of nutrients, carbon storage, and support for plant growth and are dependent on the diverse and complex biological communities that are present in soils.

Insect pollinators

Insect pollinators such as bees and butterflies are exposed to contamination through all four routes with:

  • high exposure through air and plants
  • medium exposure through water.

The assessment found that both individuals and populations can be adversely affected by low or acute exposure making them highly vulnerable.

Pollinators exposed to contaminated pollen, nectar and water are harmed at field realistic concentrations.

Aquatic Invertebrates

The next most affected group are aquatic invertebrates such as freshwater snails and water fleas which are exposed via water and potentially plants, are vulnerable to low and acute exposure and which can be affected at the individual, population and community levels.

The moderate to high water solubility of neonicotinoids enables them to contaminate both surface and groundwater and hence leach into waterways, where high concentrations have depleted aquatic insect abundance and diversity.

The impacts identified on this group are reduced feeding behaviour, impaired growth and mobility.

Birds

Birds are the next most vulnerable with low and medium exposure via all four routes and affected at medium levels of exposure for both individuals and populations.

Others

Fish, amphibians and microbes were all found to be affected after high levels of or prolonged exposure. Samples taken in water from around the world, have been found to exceed ecotoxicological limits on a regular basis.

There is insufficient data to assess whether or not there is an impact on mammals or reptiles but in the case of the latter, the researchers concluded that it was probable.

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Gaps

  • Almost as concerning as what is known about neonics, is what is not. There is little data about the quantities of systemic pesticides being applied, nor is there much screening of concentrations of neonics in the environment. Where screening has been carried out neonics and fipronil are often detected.
  • Toxicity to most organisms has not been investigated. E.g. toxicity tests have only been carried out on four of the approximately 25,000 known species of bee, and there have been hardly any studies of toxicity to other pollinator groups such as hoverflies or butterflies.
  • Toxicity to vertebrates (such as granivorous mammals and birds which are likely to consume dressed seeds) has only been examined in a handful of species.
  • Sub-lethal effects have not been studied in most organisms, yet they are known to be profound in bees, and for those few other species where studies have been done, sub-lethal doses of these neurotoxic chemicals have been reported to have (mostly) adverse impacts on behaviour at doses well below those that cause death.

Conclusions

  • The present scale of use of neonics is not sustainable
  • Their continued use can only accelerate the global decline of important invertebrates and, as a result, risk reductions in the level, diversity, security and stability of ecosystem services.
  • The findings of the WIA demonstrate that the current extensive use of this group of persistent highly toxic chemicals is affecting global biodiversity:
  • The large scale, prophylactic use of broad-spectrum systemic insecticides must be reconsidered.
  • The authors strongly suggest that regulatory agencies apply more precautionary principles and further tighten regulations on neonicotinoids and fipronil and start planning for a global phase-out or at least start formulating plans for a strong reduction of the global scale of use.

BACKGROUND

Neonicotinoid/fipronil Pesticides

 

Neonicotinoids are a class of neuro-active, nicotine-based insecticides which were developed in 1991 and brought into commercial use in the mid-1990s. Fipronil is also neuro-active and was developed at the same time.

Unlike other pesticides, which remain on the surface of the treated foliage, systemic pesticides, including neonicotinoids and fipronil, are taken up by the plant and transported to all the tissues (leaves, flowers, roots and stems, as well as pollen and nectar).  Products containing neonicotinoids/fipronil can be applied at the root (as seed coating or soil drench) or sprayed onto crop foliage.  The insecticide toxin remains active in the soil or plant for many months (or years), protecting the crop season-long.

Neonicotinoids/fipronil act on the information processing abilities of invertebrates, affecting specific neural pathways that are different from vertebrates. This makes them popular as broad-spectrum insecticides, as they are considered less directly toxic to vertebrate species including humans.

These systemic insecticides have become the most widely used group of insecticides globally, with a market share now estimated at around 40% of the world market.  Common compounds include acetamiprid, clothianidin, dinotefuran imidacloprid, nitenpyram, nithiazine, thiacloprid, thiamethoxam and fipronil, with global sales of over US $2.63 billion in 2011.

The market for seed treatments is expanding even more rapidly, growing from €155 million in the 1990s to €957 million in 2008, at which point neonicotinoids made up 80% of all seed treatment sales worldwide.

Neonicotinoids are still toxic even at very low doses. They have a higher persistence in soil and water than conventional pesticides remaining in situ for months on average, and this results in sustained and chronic exposure of non-target organisms, such as invertebrates. Because they are relatively water-soluble, they run off into aquatic habitats easily. Growing concern about their connection to bee colony collapse disorder has led to restrictions on their use in EU Countries. Concern about their impact on other non-target species including birds, has been growing for the last five years.

 

Task Force On Systemic Pesticides

The Task Force on Systemic Pesticides is the response of the scientific community to concern around the impact of systemic pesticides on biodiversity and ecosystems. Its intention is to provide the definitive view of science to inform more rapid and improved decision-making.

NOTES

Press Conferences releasing the findings will be held in Manila and Brussels on the 24th June, Ottawa on the 25thand Tokyo on the 26th.

For further information please contact:

(insert local details)

Mirella von Lindenfels (UK) + 44 7717 844 352

Nicotina e neonicotinoidi: cosa hanno in comune fumo e insetticidi?

a cura di C. Della Volpe

Un collega, che mi è molto caro, mi faceva notare tempo fa che non capiva come mai i neonicotinoidi si chiamassero così visto che non assomigliano poi molto alla nicotina. Da quella domanda nasce questo breve articoletto.

La nicotina, 3-(2-(N-metilpirrolidinil))piridina,

nicotinaè una molecola chirale presente in natura con l’enantiomero S(-).  Essa è presente nella pianta del tabacco Nicotiana tabacum, che deve il suo nome a Jean Nicot, diplomatico ed accademico francese, che scrisse un dizionario della lingua francese nel 1606 e fu ambasciatore di Francia a Lisbona, da dove spedì nel suo paese, presso la corte del re di Francia, i semi della pianta, la pianta di Nicot, da cui la nicotina. Essa viene sintetizzata nelle radici della pianta e poi migra verso le foglie contribuendo (forse) alla difesa della pianta stessa dall’attacco degli animali; in realtà per questo come per molti altri alcaloidi naturali prodotti da piante e da animali (uno anche dall’uomo) non si sa esattamente a che ruolo assolvano. Comunque le azioni della nicotina sugli animali superiori sono complesse, tanto che se la pianta la usa come meccanismo di difesa, gli uomini da secoli la usano come stimolante ed eccitante.

La nicotina è inoltre presente in quantità minori in altri membri della famiglia delle solanacee, che includono il pomodoro, la patata, la melanzana ed il peperone, tali quantità sono così rilevanti che possono perfino interferire nell’analisi degli effetti del fumo passivo.

Contenuto di nicotina di alcune piante

Contenuto di nicotina di alcune piante da EF Domino NEJ of Med.

(da The Nicotine Content of Common Vegetables
NEnglJMed1993;329:437 August5,1993 DOI:10.1056/NEJM199308053290619)

La nicotina agisce sui mammiferi perchè è un agonista del recettore dell’acetilcolina, o meglio della 2-acetossi-N,N,N-trimetiletanamina, qui raffigurata come ione positivo (N-R4+)

acetilcolinaione

ione dell’acetilcolina

una sostanza base nella trasmissione dell’impulso nervoso nell’uomo e negli altri animali, sia nel sistema nervoso centrale che periferico. Esistono due tipi di recetttori per l’acetilcolina quelli di tipo muscarinico e quelli di tipo nicotinico.

Le molecole che interagiscono con i recettori possono avere un comportamento agonista od antagonista. Sono agoniste se una volta legate stimolano il recettore a fare quello che fa di solito, mimando il comportamento del ligando naturale, mentre sono antagoniste se una volta legate ne bloccano il funzionamento poichè dotate solo della capacità di legarsi ma non di quella di attivare il recettore.

La nicotina è in grado di avere una robusta azione sui recettori periferici ma anche su quelli centrali dell’uomo e degli animali superiori; l’azoto piridinico della nicotina è un donatore di elettroni simile all’ossigeno chetonico del gruppo acetilico dell’acetilcolina; la carica positiva dell’azoto quaternario del gruppo Ch in ACh è simile alla carica positiva dell’azoto pirrolidinico della nicotina (vedi immagine successiva tratta da Peter Jeschke e Ralf Nauen).

Tuttavia l’acetilcolina in forma ionica non attraversa la barriera ematoencefalica, ossia quel complesso di membrane lipidiche che proteggono i tessuti nervosi centrali e anche la nicotina carica non lo può fare; ma essa è presente sia pure in minore quantità come molecola non-carica al pH umano e quindi come tale può attraversare velocemente tale barriera ed aver di conseguenza contemporaneamente effetti sia centrali che periferici.

Dice F. Domino uno dei più noti studiosi del fumo del tabacco: “Many years ago, tobacco companies began to add ammonia-forming chemicals to tobacco cigarettes, using the basic concept of the Henderson-Hasselbalch equation. With an alkaline pH, nicotine is more unionized and, therefore, better able to penetrate lipophilic cellular membranes“.[Neuropsychopharmacology (1998) 18, 456–468. doi:10.1016/S0893-133X(97)00193-0 Tobacco Smoking and Nicotine Neuropsychopharmacology:
Some Future Research Directions Edward F Domino MD]

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il recettore acetilcolinico

Cosa sono e come funzionano i neonicotinoidi? Inventati dal laboratorio Shell di Modesto in California nei primi anni 70, ed immessi sul mercato nel 1991, 22 anni fa, oggi coprono un fatturato dell’ordine di un paio di miliardi di dollari, circa un sesto del mercato mondiale degli insetticidi. Essi sono attualmente il vero cash cow, la vera mucca da mungere di quel mercato, ed ecco perchè la reazione dei produttori alle critiche e soprattutto al bando europeo del loro uso è durissima, intaccando direttamente i loro profitti: faire le beurre!

Il termine neonicotinoide fu proposta per la prima volta da I. Yamamoto[Tomizawa M and Yamamoto I, Structure activity relationships of neonicotinoids and imidacloprid analogues. J Pestic Sci 18:91–98 (1993)] per differenziare queste nuove molecole dai “nicotinoidi”, a cui appartiene la nicotina.

I neonicotinoidi, definiti così poichè sono dei nuovi agonisti del recettore dell’acetilcolina di tipo nicotinico, si legano ai recettori stessi e ne causano una sovrastimolazione; inoltre essi non vengono distrutti dall’azione dell’enzima acetilcolinesterasi, deputato a distruggere l’acetilcolina ed a impedire i danni da sovrastimolazione; in questo modo i neonicotinoidi sono in grado di sovrastimolare i recettori in modo irreversibile portando a morte e a paralisi gli organismi. I tre neonicotinoidi più usati sono particolarmente attivi nei confronti dei recettori acetilcolinici di tipo nicotinico degli insetti, ma molto meno verso quelli umani o degli animali superiori e quindi sono uno strumento insetticida ottimale.

Le basi di tale selettività sono squisitamente chimiche e si aggiungono alle differenze nella composizione dettagliata del recettore fra le varie specie e nei vari tessuti della medesima specie. Potete notare che l’acetilcolina è rappresentata comunemente come ione positivo, poichè la forma attiva della molecola è proprio questo ione; tutti i suoi agonisti che manchino di una carica positiva in particolare sull’azoto pirrolico (o in posizione analoga) non possono quindi avere effetti altrettanto efficaci. La stessa nicotina in condizioni di pH fisiologico (7.4) ha l’azoto pirrolico carico positivamente; questa carica positiva dà a questi ioni una forte affinità per i recettori acetilcolinici-nicotinici dei mammiferi. D’altronde questa stessa carica rende tale molecola un insetticida efficace ma non particolarmente forte, in quanto per agire deve raggiungere i recettori acetilcolinici che negli insetti si trovano solo a livello di sistema nervoso centrale, mentre invece nei mammiferi essi si trovano anche nel sistema nervoso periferico, poichè controllano funzioni cruciali come la respirazione; la conclusione è quindi che mentre la nicotina che ha una carica netta esercita i suoi effetti intossicanti più efficacemente sul sistema nervoso periferico dei mammiferi (per esempio nei polmoni dei fumatori) essa non è in grado di attraversare che parzialmente la barriera ematoencefalica degli insetti ed agire sul loro sistema nervoso centrale e quindi non è un insetticida altrettanto potente. I neonicotinoidi invece non hanno carica netta; le tre molecole più comuni qui mostrate:

   clo  imida  thiame

                   clothianidin                         imidacloprid                                 thiamethoxam

non possiedono un azoto carico in posizione opportuna a livello del pH umano e quindi non sono carichi ed agiscono meno efficacemente sui recettori acetilcolinici umani; questo spiega la selettività dei neonicotinoidi, che si polarizzano ma non hanno carica netta nella posizione opportuna, come mostrato nella figura. A riprova di ciò il neonicotinoide desnitro-imidacloprid desnitroche invece viene caricato per azione del metabolismo dei mammiferi o delle reazioni ambientali è un forte agonista anche dei recettori dei mammiferi.

meccanismo

da Peter Jeschke e Ralf Nauen – Pest Manag Sci 64:1084–1098 (2008) Review Neonicotinoids – from zero to hero in insecticide chemistry

Per ulteriore chiarezza si possono confrontare gli effetti di due dei più potenti neonicotinoidi e della nicotina sulla mosca e sul topo in termini di LD50, ossia della dose per unità di peso corporeo in grado di uccidere metà dei soggetti a cui viene somministrato:

(dati da J. Agric. Food Chem. 2000, 48, 6016−6024 – Neonicotinoid Insecticides: Molecular Features Conferring Selectivity for Insect versus Mammalian Nicotinic Receptors
Motohiro Tomizawa, David L. Lee, and John E. Casida)

                                mosca casalinga  (microgrammi/g)                          topo(mg/kg)

imidacloprid                           0.02-0.07                                                     40-50

thiamethoxam                            0.03                                                          25-30

nicotina (-)                                 >50                                                             6-8

In conclusione, ma senza alcuna idea di rigore assoluto, i neonicotinoidi agiscono bene non perchè assomigliano molto alla nicotina, come potrebbe far pensare il loro nome, ma proprio perchè NON assomigliano completamente alla nicotina: non si caricano, ma proprio per questo costituiscono un buon strumento per superare la barriera ematoencefalica degli insetti che rallenta invece la nicotina come insetticida. Per il medesimo motivo la nicotina agisce invece sugli uomini che fumano, perchè pur superando solo debolmente la barriera emato-encefalica (dato che è carica al pH corporeo) agisce comunque sui recettori periferici; quindi come la nicotina intossica gli uomini che fumano agendo sui loro recettori acetilcolinici periferici (e solo in parte centrali), così i neonicotinoidi intossicano le api, ma agendo sui loro recettori acetilcolinici centrali: un caso veramente interessante, ammetterete, in cui la chimica accomuna e differenzia insieme due specie cosi’ lontane, ma per certi aspetti cosi’ vicine.

I neonicotinoidi costiituiscono un buon esempio di come la chimica possa comprendere ed agire sui meccanismi più intimi della vita; proprio per questo il loro uso indiscriminato puo’ avere potenti effetti su quegli insetti che attraverso il meccanismo dell’impollinazione garantiscono la fertilità di buona parte della nostra agricoltura (non solo le api quindi, ma anche i bombi per esempio e tutti gli altri impollinatori), un servizio economico per cui non sono pagati, ricordiamolo. In mancanza di questo servizio naturale noi non potremmo mangiare perchè una parte molto elevata delle piante da cibo sono impollinate dagli insetti.

In fondo in fondo, se ci pensate sospendere i neonicotinoidi per le api è come vietare il fumo agli uomini. La sospensione sia pur parziale e temporanea dei neonicotinoidi è al momento l’unica iniziativa ragionevole che possa salvare questi nostri preziosissimi collaboratori agricoli. Personalmente spero che la Commissione Europea non abbia ulteriori indugi. Spetterà ai chimici organici e farmaceutici trovare poi una nuova soluzione definitiva al problema.

per approfondire, oltre agli articoli citati nel testo:

http://it.wikipedia.org/wiki/Nicotina

http://it.wikipedia.org/wiki/Recettore_nicotinico

http://en.wikipedia.org/wiki/Neonicotinoid

Peter Jeschke e Ralf Nauen – Pest Manag Sci 64:1084–1098 (2008) Review Neonicotinoids – from zero to hero in insecticide chemistry