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Pesquisadores propuseram um novo modelo para a evolução das funções e comportamentos cerebrais superiores na ordem de insetos Hymenoptera. A equipe comparou as células Kenyon, um tipo de célula neuronal, nos corpos dos cogumelos (uma parte do cérebro do inseto envolvida no aprendizado, memória e integração sensorial) de moscas-serra “primitivas” e abelhas sofisticadas. Eles descobriram que três subtipos diversos e especializados de células Kenyon em cérebros de abelhas parecem ter evoluído de um único e multifuncional subtipo ancestral de células Kenyon. No futuro, esta pesquisa pode nos ajudar a entender melhor a evolução de algumas de nossas próprias funções e comportamentos cerebrais superiores.
Você está “ocupado como uma abelha”, uma “borboleta social” ou uma “mosca na parede”? Existem muitas maneiras de comparar nosso comportamento com o dos insetos e, como se vê, pode haver mais do que apenas expressões idiomáticas divertidas. Estudar insetos pode nos ajudar a entender não apenas como seu comportamento evoluiu, mas também o comportamento de animais altamente evoluídos, inclusive nós mesmos. Os cérebros dos mamíferos são grandes e complexos, por isso é difícil identificar quais comportamentos e mudanças neurais e genéticas se desenvolveram ao longo do tempo. Em comparação, os cérebros dos insetos são muito menores e mais simples, tornando-os modelos úteis para estudo.
“Em 2017, relatamos que a complexidade dos subtipos de células Kenyon (KC) em corpos de cogumelos em cérebros de insetos aumenta com a diversificação comportamental em Hymenoptera (uma grande e variada ordem de insetos)”, explicou o professor Takeo Kubo, da Graduate School of Science da da Universidade de Tóquio e co-autor do estudo atual. “Em outras palavras, quanto mais subtipos de KC um inseto tem, mais complexo é seu cérebro e os comportamentos que ele pode exibir. Mas não sabíamos como esses diferentes subtipos evoluíram. Esse foi o estímulo para este novo estudo.”
A equipe da Universidade de Tóquio e da National Agriculture and Food Research Organization (NARO) do Japão escolheu duas espécies de Hymenoptera como representantes de diferentes comportamentos: a mosca-serra solitária (que tem um único subtipo KC) e a sofisticada abelha social (que tem três subtipos de KC). Como a mosca-serra tem um cérebro mais “primitivo”, acredita-se que contenha algumas propriedades ancestrais do cérebro da abelha. Para descobrir os possíveis caminhos evolutivos entre eles, os pesquisadores usaram a análise do transcriptoma para identificar os perfis de expressão gênica (a atividade genética) dos vários subtipos de KC e especular sobre suas funções.
“Fiquei surpreso que cada um dos três subtipos de KC na abelha melífera mostrou similaridade comparável ao único tipo de KC na mosca-serra”, disse o professor assistente Hiroki Kohno, co-autor da Graduate School of Science. “Com base em nossa análise comparativa inicial de vários genes, supúnhamos anteriormente que subtipos adicionais de KC haviam sido adicionados um a um. No entanto, eles parecem ter sido separados de um tipo ancestral multifuncional, por meio de segregação e especialização funcional.” À medida que o número de subtipos de KC aumentou, cada subtipo quase igualmente herdou algumas propriedades distintas de um KC ancestral. Estes então se modificaram de maneiras diferentes, resultando em suas variadas funções atuais.
Os pesquisadores queriam um exemplo comportamental específico de como as funções ancestrais do KC estão presentes tanto na mosca-serra quanto na abelha. Então, eles treinaram moscas-serras para se envolverem em um teste comum de comportamento de abelhas, onde aprendem a associar um estímulo de odor a uma recompensa. Embora desafiador no início, a equipe acabou conseguindo engajar as moscas-serra na tarefa de memória. Os pesquisadores então manipularam um gene chamado CaMKII em larvas de mosca-serra, que nas abelhas está associada à formação de memória de longo prazo, uma função KC. Quando as larvas se tornaram adultas, sua memória de longo prazo foi prejudicada, indicando que o gene desempenha um papel semelhante nas moscas-serras e nas abelhas. Embora CaMKII foi expresso (ou seja, estava ativo) em todo o subtipo único de KC em moscas-serra, em abelhas, foi preferencialmente expresso em apenas um subtipo de KC. Isso sugere que o papel do CaMKII na memória de longo prazo foi transmitido para o subtipo específico de KC na abelha.
Apesar das diferenças no tamanho e na complexidade dos cérebros de insetos e mamíferos, existem semelhanças em termos de função e arquitetura básica do sistema nervoso. É por isso que o modelo proposto neste estudo para a evolução e diversificação dos subtipos de KC pode ajudar a entender melhor a evolução do nosso próprio comportamento. Em seguida, a equipe está interessada em estudar os tipos de KC adquiridos em paralelo com os comportamentos sociais, como a “dança do balanço” da abelha.
“Gostaríamos de esclarecer se o modelo apresentado aqui é aplicável à evolução de outros comportamentos”, disse Takayoshi Kuwabara, aluno de doutorado e autor principal da Graduate School of Science. “Existem muitos mistérios sobre a base neural que controla o comportamento social, seja em insetos, animais ou humanos. Como ela evoluiu ainda é uma grande incógnita. Acredito que este estudo seja um trabalho pioneiro neste campo.”
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