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Comportamentos coletivos estão presentes em muitos grupos diferentes de animais: cardumes de peixes nadando juntos em um padrão rodopiante, grandes bandos de pássaros migrando durante a noite, grupos de abelhas coordenando seu comportamento para defender sua colmeia. Esses comportamentos são comumente vistos em insetos sociais, onde até milhares de indivíduos trabalham juntos, muitas vezes com papéis distintos. Nas abelhas, o papel que uma abelha desempenha na colônia muda à medida que envelhecem. As abelhas mais jovens desempenham funções dentro da colmeia, como amamentação e construção de cera, enquanto as abelhas mais velhas fazem a transição para funções fora da colméia, seja em busca de comida (forrageadoras) ou defendendo a colônia (soldados).
O que determina se as abelhas mais velhas se tornam forrageiras ou soldados é desconhecido, mas um novo estudo publicado na Natureza Ecologia e Evolução explora os mecanismos genéticos subjacentes ao comportamento coletivo de defesa da colônia e como esses mecanismos se relacionam com a agressão geral da colônia.
“As abelhas não têm uma divisão de trabalho baseada no tamanho, como você pode ver em cupins ou formigas”, disse Ian Traniello, ex-aluno de pós-graduação da Universidade de Illinois Urbana-Champaign, agora pesquisador associado da Universidade de Princeton e primeiro autor no estudo. “Se você perguntar a qualquer pessoa na rua para adivinhar qual formiga é um soldado ou uma forrageira, eles provavelmente adivinharão 100% das vezes, porque os soldados são enormes. Em vez disso, as abelhas têm uma divisão de trabalho baseada na idade, onde as abelhas mais velhas tendem a ser forrageiras ou soldados, ambos os quais são papéis perigosos e potencialmente letais.”
Um estudo de associação do genoma realizado anteriormente em uma subespécie de abelha em Porto Rico, que evoluiu para ser menos agressiva nos últimos anos, revelou fortes associações entre a variação na sequência de alguns genes e o nível geral de agressão da colônia. Os pesquisadores chamaram esses “genes de agressão da colônia”.
No estudo atual, os pesquisadores compararam a expressão e a regulação de genes nos cérebros de soldados e forrageiras e em colônias que variavam em agressividade. Os pesquisadores mediram a agressividade da colônia contando o número de picadas em manchas de camurça colocadas fora das colmeias após uma perturbação. Eles identificaram os soldados como as abelhas que atacaram as manchas e os forrageadores como as abelhas que voltaram para a colméia com o pólen. Os pesquisadores então usaram transcriptômica de célula única e análise de rede reguladora de genes para comparar os cérebros de abelhas forrageiras e soldados, de colônias de baixa e alta agressão.
Os pesquisadores descobriram que, embora houvesse milhares de genes no cérebro que diferiam em sua expressão entre soldados e forrageadores, nenhum deles fazia parte da lista de genes de agressão da colônia. No entanto, quando criaram modelos de redes reguladoras de genes cerebrais, que controlam quando e onde genes específicos são expressos, os pesquisadores descobriram que a estrutura dessas redes diferia entre soldados e forrageiras – e as diferenças eram maiores quando os soldados e forrageiras vinham de uma colônia mais agressiva.
“O que achamos que está acontecendo é que a regulação dos genes associados ao comportamento coletivo afeta os mecanismos subjacentes à divisão do trabalho”, explicou Traniello. “Assim, as colônias podem se tornar mais ou menos agressivas influenciando o nível de agressão dos indivíduos dentro dessa colônia. Basicamente, uma forrageadora pode ter mais ou menos probabilidade de fazer a transição para um estado de soldado se o ambiente exigir isso.”
As descobertas destacam a importância da regulação genética para nossa compreensão da relação entre genes e comportamento.
“Embora alguns estudos tenham encontrado potenciais diferenças hereditárias entre soldados e forrageadoras, este estudo demonstra que as abelhas mais velhas podem ter potencial para assumir qualquer uma das funções”, disse Gene Robinson (GNDP), diretor do IGB e autor do artigo. “Em colônias que são mais agressivas, provavelmente devido ao aumento do perigo no ambiente, as abelhas mais velhas podem estar mais predispostas a se tornarem soldados para ajudar a defender a colônia”.
Os planos para direções futuras incluem o desenvolvimento de testes funcionais para explorar o papel das redes de genes identificadas no estudo e para identificar espacialmente onde elas estão sendo expressas no cérebro. Traniello diz que está ansioso para explorar essas novas questões.
“Temos tecnologias extraordinárias para sondar genes e comportamento em uma escala sem precedentes, tanto com uma única célula quanto, agora, com transcriptômica espacial”, disse Traniello. “Isso nos dá novos meios para entender velhas questões, como a relação do indivíduo para o coletivo, ou a relação entre o genótipo e o fenótipo. É emocionante poder pegar essas ferramentas e aplicá-las em contextos naturalistas, e espero que este trabalho inspire outros para fazer o mesmo.”
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