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O verdadeiro altruísmo é um comportamento raro em animais, mas um novo estudo realizado por pesquisadores da Penn State descobriu que as abelhas apresentam essa característica. Além disso, eles descobriram que uma batalha evolutiva da genética pode determinar de quem eles herdarão.
Para o estudo, publicado na revista Ecologia Molecular, os pesquisadores examinaram a genética por trás do comportamento de “comitiva” nas abelhas operárias, que são sempre fêmeas. Depois que as abelhas operárias são expostas ao feromônio da abelha rainha, elas desativam seus próprios ovários, ajudam a espalhar o feromônio para as outras abelhas operárias e cuidam da rainha e dos óvulos que ela produz.
Este comportamento é considerado altruísta porque, em última análise, beneficia a capacidade da rainha de produzir descendentes, enquanto a abelha operária permanece estéril. Para as abelhas melíferas, a rainha é normalmente a mãe de todas, ou quase todas, as abelhas da colmeia.
Os pesquisadores descobriram que os genes que tornam as abelhas operárias mais receptivas a esse feromônio – e, portanto, mais propensas a exibir o comportamento de comitiva – podem ser transmitidos pelas abelhas-mãe ou pelo pai. No entanto, os genes só resultam em comportamento altruísta quando são transmitidos pela mãe.
Sean Bresnahan, autor correspondente, doutorando no Programa Intercollege de Pós-Graduação em Biociências Moleculares, Celulares e Integrativas e bolsista de pesquisa de pós-graduação da National Science Foundation, disse que, além de fornecer informações sobre o comportamento das abelhas, as descobertas também mostram que qual pai um abelha herda certos genes pode afetar a forma como esses genes são expressos, algo que é notoriamente difícil de estudar em insetos.
“As pessoas muitas vezes pensam que diferentes fenótipos são o resultado de diferenças nas sequências genéticas ou no ambiente”, disse ele. “Mas o que este estudo mostra é que não são apenas diferenças no gene em si – é de qual progenitor o gene é herdado. Pela própria natureza do inseto que recebe o gene de sua mãe, independentemente de qual seja a sequência do gene, é possivelmente vai se comportar de maneira diferente da cópia do gene do pai.”
Christina Grozinger, coautora e professora Publius Vergilius Maro de Entomologia na Penn State, disse que o estudo também apóia a Teoria do Conflito Intragenômico do Parentesco – uma teoria que sugere que os genes das mães e dos pais estão em conflito sobre quais comportamentos apoiar e não suporta.
Ela disse que, embora trabalhos anteriores tenham mostrado que os genes dos machos podem apoiar o comportamento egoísta em mamíferos, plantas e abelhas, o estudo atual é o primeiro a mostrar que os genes das fêmeas podem transmitir comportamento altruísta aos seus descendentes.
“As abelhas melíferas são uma das poucas espécies animais que apresentam comportamento altruísta, onde alguns indivíduos desistem da sua própria reprodução para ajudar os outros”, disse Grozinger. “Este estudo revela uma forma muito subtil e inesperada de controlo genético desses comportamentos. Com o nosso sistema, vemos que os genes da mãe – a rainha – estão a apoiar o comportamento altruísta na sua descendência, o que leva a mais cópias dos seus genes. na população. Em vez de produzir seus próprios ovos, as abelhas operárias apoiam a reprodução da rainha. Isso complementa nossos estudos anteriores, que mostraram que os genes dos pais apoiam o comportamento egoísta nas abelhas operárias, onde as abelhas pararão de ajudar sua rainha-mãe e se concentrarão em sua própria reprodução.”
A rainha acasala com vários machos, então as abelhas operárias têm a mesma mãe, mas pais diferentes. Breshnahan explicou que isso significa que eles compartilham mais genes de suas mães.
“É por isso que a Teoria do Conflito Intragenômico do Parentesco prevê que os genes herdados da mãe apoiarão o comportamento altruísta nas abelhas”, disse Breshnahan. “Uma abelha operária se beneficia mais ajudando, em vez de competir com, sua mãe e irmãs – que carregam mais cópias dos genes da operária do que ela poderia reproduzir sozinha. Em contraste, em espécies onde a fêmea acasala apenas uma vez, ela são, em vez disso, os genes do pai que supostamente apoiam o comportamento altruísta.”
Para o estudo, os pesquisadores cruzaram seis linhagens diferentes de abelhas produtoras de mel – algo que é relativamente fácil em mamíferos ou plantas, segundo Bresnahan, mas muito mais difícil de fazer com insetos. Ele disse que o estudo não teria sido possível sem a experiência em criação de abelhas melíferas da coautora Juliana Rangel, da Texas A&M University, bem como de Kate Anton, que dirige o programa Educação sobre Produção e Inseminação de Rainhas (abelhas melíferas) com Robyn Underwood. na extensão Penn State.
Depois que as populações de abelhas foram cruzadas e os filhotes tinham idade suficiente, os pesquisadores avaliaram a capacidade de resposta das abelhas operárias ao feromônio que desencadeia o comportamento de comitiva, bem como se as abelhas desativaram seus ovários em resposta ao feromônio.
“Finalmente, usamos o sequenciamento de RNA para observar a expressão genética em todo o genoma nas operárias, mas, mais importante, também sequenciamos os genomas dos pais desses cruzamentos”, disse Bresnahan. “Assim, poderíamos desenvolver genomas personalizados para os pais e, em seguida, mapear a expressão genética dos trabalhadores para cada pai e descobrir qual cópia desse gene dos pais está sendo expressa.”
Para tentar visualizar este conflito acontecendo dentro do genoma, Bresnahan disse que usaram diferentes técnicas, incluindo aprendizado de máquina para examinar redes reguladoras de genes, ou grupos de genes regulados por fatores de transcrição semelhantes para produzir padrões de expressão semelhantes. Os pesquisadores analisaram as relações entre genes e fatores de transcrição – as proteínas que podem ativar ou desativar genes – foram expressas a partir da cópia da mãe e aquelas que foram expressas a partir da cópia do pai para identificar onde se poderia tentar neutralizar os efeitos do outro.
Em última análise, eles foram capazes de identificar redes reguladoras genéticas com conflito intragenômico, descobrindo que mais genes foram expressos com viés parental. Este viés de expressão de origem materna ou paterna é a assinatura do conflito intragenómico, e os investigadores disseram que apareceu com mais frequência do que teria se tivessem construído as redes com genes seleccionados aleatoriamente. Além disso, essas redes consistiam em genes que pesquisas anteriores mostraram estar relacionados ao comportamento do séquito.
“Observar o conflito intragenômico é muito difícil e, portanto, há poucos estudos examinando o papel que ele desempenha na criação de variação no comportamento e em outras características”, disse Grozinger, apontando para pesquisas anteriores do grupo que revelaram ativação e agressão de ovários em abelhas operárias, ambos dos quais significam comportamento egoísta. “O fato de este ser o terceiro comportamento em que encontramos evidências de que o conflito intragenômico contribui para a variação nas abelhas melíferas sugere que o conflito intragenômico pode moldar muitos tipos de características nas abelhas e outras espécies. Esperamos que nossa pesquisa forneça uma estrutura e inspiração para outros cientistas para examinar o conflito intragenômico em suas espécies vegetais e animais.”
David Galbraith, ex-alunos da Penn State e cientista sênior da Janssen Pharmaceutical; Rong Ma, ex-aluno da Penn State e cientista de dados sênior da Visa; Kate Anton, tecnóloga de pesquisa da Penn State; e Juliana Rangel, Texas A&M University, também colaboraram neste trabalho.
A National Science Foundation, o Instituto Nacional de Alimentos e Agricultura e Dotações para Incubação do Departamento de Agricultura dos EUA e o Instituto Huck de Ciências da Vida da Penn State ajudaram a apoiar esta pesquisa.
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