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As formigas são conhecidas como trabalhadoras esforçadas, cumprindo incansavelmente suas tarefas designadas – procurar comida, nutrir larvas, cavar túneis, arrumar o ninho. Mas, na verdade, alguns são totalmente preguiçosos. Chamadas de parasitas sociais sem trabalhadores, essas espécies raras existem apenas como rainhas e morrem sem trabalhadores para cuidar delas. Para sobreviver, as formigas parasitas se infiltram em uma colônia de formigas intimamente relacionadas, onde, desde que mantenham seus números relativamente baixos, elas e seus descendentes se tornam a classe ociosa da colônia.
Há muito se pensa que esses insetos preguiçosos provavelmente evoluíram suas características de rainha um por um, por meio de uma série de mutações, em um ambiente isolado. Agora, os cientistas do Laboratório de Evolução Social e Comportamento da Universidade Rockefeller, juntamente com seus colaboradores da Universidade de Harvard, têm uma nova teoria. Como eles relatam em biologia atualeles descobriram mutantes semelhantes a rainhas – formigas parasitas que apareceram espontaneamente em colônias de formigas invasoras clonais, que normalmente não têm rainha.
“Este mutante é como o precursor de outras espécies parasitas”, diz Waring Trible, principal autor do estudo. “É uma nova maneira de entender como as formigas evoluem para se tornar socialmente parasitas”.
Investigar a genética dessas formigas únicas pode ser uma maneira de entender melhor os mecanismos moleculares por trás da diferenciação de castas, ou como uma formiga se desenvolve em operária ou rainha, que permanecem desconhecidos. Também poderia ajudar a iluminar o desenvolvimento biológico em organismos em geral.
Escondendo-se em plena vista
Entre as mais de 15.000 espécies de formigas identificadas, há centenas que se qualificam como parasitas sociais. Nascida dentro de uma colônia hospedeira, uma formiga parasita deixará a colônia, usará um feromônio sexual para atrair um macho de outra colônia para acasalar e, uma vez grávida, se infiltrará na colônia original ou encontrará outra próxima. Ela costuma usar subterfúgios para passar furtivamente pelos guardas da colônia. A formiga xampu, por exemplo, apanha algumas formigas do lado de fora da entrada do formigueiro, lambe-as para adquirir o aroma químico característico da colônia e depois se lambe por inteiro para transferi-lo para seu próprio corpo. Encoberto quimicamente, ela pode deslizar para dentro para viver sua vida e reproduzir novas rainhas e machos que acasalam fora da colônia. Os machos morrem e as rainhas recomeçam o ciclo.
Por causa de sua singularidade, eles foram estudados extensivamente por biólogos desde Charles Darwin, mas ainda há um ponto de discórdia em uma teoria predominante de sua evolução, diz Daniel Kronauer, professor associado de Stanley S. e Sydney R. Shuman na Rockefeller University, e chefe do laboratório. Eles estão intimamente relacionados com seus hospedeiros, mas se tivessem que adquirir essas características parasitárias ao longo do tempo, precisariam ser isolados durante a reprodução, caso contrário, o cruzamento com seus hospedeiros eliminaria suas características únicas. Mas ninguém encontrou formigas evoluídas intermediárias – algumas com algumas características de parasitas sociais, mas não outras – na natureza, diz Kronauer.
Quando formigas parecidas com rainhas apareceram repentinamente entre as formigas invasoras clonais no laboratório de Kronauer em 2015, Trible – que estava procurando investigar os mecanismos genéticos por trás da diferenciação de castas – percebeu. Como as formigas invasoras clonais normalmente não têm rainhas e se reproduzem assexuadamente, os mutantes semelhantes a rainhas se destacaram: nasceram com asas, olhos e ovários maiores e, quando adultos, mostraram uma indiferença geral em relação ao trabalho de parto.
Mas acabou que eles não eram nada de novo – eles estavam escondidos há anos em densas colônias cujos números obscureciam sua presença. A análise genética revelou que elas haviam se transformado dentro da colônia em que foram detectadas pela primeira vez – uma comunidade de formigas normais que Kronauer havia coletado em Okinawa, Japão, em 2008, e que ainda vivia no laboratório. Era uma pista de que a história típica de invasão de formigas parasitas poderia precisar ser repensada.
Os pesquisadores então realizaram uma série de experimentos e análises genéticas. Um dos primeiros experimentos foi isolá-los para ver se o fenótipo era hereditário. Como as formigas invasoras clonais se reproduzem assexuadamente, elas não precisam se preocupar em cruzar com outras formigas.
Os mutantes semelhantes a rainhas põem ovos que se desenvolvem em cópias de si mesmos. “Sabíamos que tínhamos algo legal”, diz Kronauer.
Eles também testaram o comportamento. Grupos de forrageamento compostos inteiramente por mutantes semelhantes a rainhas tinham metade do tamanho dos das formigas operárias e eram muito menos propensos a tentar recrutar outras formigas para rastrear comida. Esses comportamentos eram uma espécie de intermediário entre a diligência das formigas operárias e a dependência das rainhas, e permitiam que as formigas mutantes evitassem os perigos inerentes à saída da segurança da colônia.
Apesar de colocarem o dobro de ovos de seus hospedeiros, as formigas autorregulam sua contagem de cabeças. Enquanto seus números permanecerem abaixo de cerca de 25% da população anfitriã, eles se sairão bem. Mais do que isso e eles terão problemas. As rainhas precisam da ajuda das operárias para liberar suas asas ao emergirem das pupas e, se houver muitas rainhas para as operárias cuidarem, elas morrerão enredadas em sua pele de pupa.
“Eles parecem ter a capacidade de regular sua própria reprodução para não extinguir sua colônia hospedeira, o que é uma coisa muito inteligente para um parasita fazer”, diz Trible, um ex-membro do laboratório de Kronauer que agora dirige seu próprio laboratório em Harvard estudando esses e outros mutantes. “Isso fornece a esses mutantes a capacidade de sobreviver por longos períodos de tempo”.
A influência dos hormônios
O sequenciamento completo do genoma revelou que as rainhas parasitas têm uma mutação no cromossomo 13, que é estruturalmente semelhante aos cromossomos que regulam a estrutura social da colônia em outras formigas. Esse cromossomo mutante parece conter um “supergene”, um conjunto de genes que trabalham juntos para criar um fenótipo. Nesse caso, o supergene contém mais de 200 genes individuais, um número desproporcional dos quais auxilia no metabolismo dos hormônios. Isso inclui genes que codificam as enzimas do citocromo p450, necessárias para sintetizar hormônios em formigas e humanos, e podem desempenhar um papel na criação desses mutantes altamente incomuns. (Essa família de enzimas pode ser familiar para qualquer pessoa que tenha sido avisada para não beber suco de toranja enquanto estiver tomando certos medicamentos porque o suco inibe as enzimas de desintoxicar as drogas.)
Parece que com essa única mutação, “sua forma, a maior produção de ovos, o comportamento – tudo pode mudar em uma única etapa mutacional”, diz Kronauer.
E se for esse o caso, diz Trible, “seria uma maneira de realmente ser possível passar de uma formiga normal a um parasita dentro de uma única espécie”.
Essa ideia – que duas formas muito diferentes de um animal podem surgir em uma única espécie – está no cerne do mistério das castas das formigas. Como os parasitas sociais sem trabalhadores surgem de um tipo muito específico de mutação que afeta o desenvolvimento da casta de formigas, estudar os mutantes semelhantes a rainhas tem o potencial de revelar insights sobre os mecanismos moleculares ainda desconhecidos que permitem que as larvas de formigas desenvolvam morfologias de castas distintas. “Ele fornece uma estrutura muito abrangente para estudar sua evolução”, diz Kronauer.
Tamanho importa
As descobertas também podem levar a mais pesquisas sobre um importante processo de desenvolvimento conhecido como escala alométrica que ocorre em todos os animais, incluindo humanos, diz Trible. A escala alométrica mantém os tecidos de um organismo proporcional ao tamanho do corpo à medida que cresce.
Seus mecanismos são desconhecidos, mas compreendê-los provavelmente tem relevância para muitos aspectos da biologia humana, incluindo doenças, diz Trible. Talvez mutantes semelhantes a rainhas possam fornecer um novo caminho de investigação. “Não temos bons exemplos de mutações em moscas-das-frutas ou camundongos ou distúrbios genéticos humanos que quebram a escala alométrica de maneira tão dramática”, diz ele. “Achamos que esse mutante semelhante a uma rainha será uma ferramenta poderosa para entender o desenvolvimento de castas, e o desenvolvimento de castas é, por sua vez, um modelo ideal para investigar essas questões maiores sobre como funciona a escala alométrica”.
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