Em abelhas sem ferrão, rainhas controlam reprodução de operárias sem castração
10 de agosto de 2017
Peter Moon | Agência FAPESP – As razões da organização e do funcionamento das colônias de insetos sociais são tema de estudo e de encantamento de cientistas desde os tempos de Charles Darwin (1809 –1882), que investigou com a ajuda de seus cinco filhos as colmeias de abelhas próximas a sua casa, em Kent, na Inglaterra.Instigados pela teoria da evolução, desde então pesquisadores dissecaram os mais diversos aspectos da vida das abelhas. Descobriram há décadas, por exemplo, que em muitas espécies de abelhas melíferas europeias (gênero Apis), nas colmeias onde há rainhas jovens e saudáveis pondo ovos regularmente, estas fazem uso de compostos químicos chamados feromônios para inibir a reprodução das operárias.
Estudo se contrapõe à visão da castração forçada das abelhas operárias pela rainha. Feito na USP, trabalho foi publicado na Nature Ecology & Evolution ( foto: Rainhas e operárias da espécia Scatotrigona aff depilis/Túlio Nunes)
Desse modo, as operárias terão que cuidar principalmente dos filhos
das rainhas e não de seus próprios. Nos casos em que as rainhas
envelhecem, adoecem ou então morrem, na ausência do feromônio operárias
especializadas geram novos zangões que irão fecundar as ninfas que se
tornarão futuras rainhas.
“Um tema importante no estudo dos insetos sociais é entender como fazem para resolver conflitos dentro das colônias, em especial conflitos de interesses reprodutivos. Em algumas espécies de abelhas, as operárias são capazes de gerar zangões, mas tal adaptação poderia gerar conflito entre rainha e operária para ver quem gera zangões”, disse o biólogo Túlio Marcos Nunes.
Nunes, que fez pós-doutoramento no Departamento de Física e Química da Faculdade de Ciências Farmacêuticas de Ribeirão Preto (FCFRP) da Universidade de São Paulo, é o primeiro autor de um trabalho publicado no periódico Nature Ecology & Evolution, que procura responder se essa adaptação também ocorre entre as cerca de 600 espécies de abelhas sem ferrão (tribo Meliponini), distribuídas pelas regiões tropicais e subtropicais do planeta.
“O conflito ocorre como resultado da relação genética diferencial entre os filhos das rainhas e os filhos das operárias. Para as operárias, é mais interessante, do ponto de vista evolutivo, produzir os próprios filhos [com os quais elas se relacionam geneticamente em cerca de 50%]do que cuidar dos filhos da rainha [relação genética de 25%]”, disse .
O investigador responsável pela pesquisa é o supervisor de Nunes, o professor Norberto Peporine Lopes, chefe do Núcleo de Pesquisa em Produtos Naturais e Sintéticos da FCFRP, e coordenador do Projeto Temático “Metabolismo e distribuição de xenobióticos naturais e sintéticos”, apoiado pela FAPESP.
Peporine Lopes explica que a pesquisa buscou investigar se o comportamento observado (operárias não botando ovos na presença da rainha) é positivo do ponto de vista genético para a operária – os compostos que indicam a presença da rainha no ninho são chamados de sinais de rainha.
“Se esse comportamento for negativo para a operária, ou seja, caso ela tenha maior retorno genético botando e está sendo impedida quimicamente de fazer, nesse caso é um feromônio de castração”, disse.
As abelhas melíferas europeias são um exemplo claro de castração química e o trabalho buscou responder se, no caso das abelhas sem ferrão, tratava-se de castração ou de sinalização.
Para tanto, os pesquisadores trabalharam com 23 espécies de abelhas sem ferrão. Algumas poucas já estavam presentes no meliponário (criadouro de abelhas sem ferrão) da FCFRP. Outras, Nunes teve que ir a campo coletar, no Brasil e também na Austrália. As colônias geralmente ficam em buracos de troncos ou dentro de troncos caídos na floresta.
Foi preciso abrir os troncos, localizar as colônias e colocá-las dentro de caixas para transporte. “Apesar de não possuírem ferrão, elas sabem se defender. Mordem, depositam resina e algumas espécies expelem ácido fórmico em alta concentração”, disse Nunes.
As 23 espécies estudadas foram divididas em três categorias: espécies nas quais as operárias são estéreis e nunca botam ovos (quatro espécies); espécies nas quais as operárias sempre botam ovos, mesmo na presença da rainha (14); e espécies nas quais as operárias botam ovos somente em colônias onde a rainha está ausente (três). Esta última categoria difere das outras pelo fato de as operárias responderem diante da presença da rainha com a não ativação de seus ovários. A pesquisa foi feita em duas frentes. Os pesquisadores primeiro procuraram entender como se deu a evolução do comportamento reprodutivo das operárias na presença ou ausência da rainha. Além disso, buscaram descobrir qual ou quais seriam os compostos químicos responsáveis pela sinalização das rainhas às operárias.
O comportamento reprodutivo das operárias de 21 espécies era conhecido da literatura científica. Das outras duas, Lestrimelitta limao e Plebeia mínima, Nunes e colegas estabeleceram no meliponário três colônias de cada.
O comportamento das operárias férteis foi observado diariamente ao longo de três meses em presença da rainha nas colmeias. A seguir, retirada a rainha, o comportamento foi investigado por mais três meses. “Quando retiramos a rainha do ninho, as operárias começam a botar”, disse Nunes.
Castração química
Com respeito aos feromônios, foram analisados os hidrocarbonetos cuticulares produzidos pela rainha. São os feromônios usados para a sinalização química com as operárias. Foram identificados 128 compostos químicos diferentes.
“Os hidrocarbonetos cuticulares são feromônios ou sinalizadores químicos. São ceras não voláteis, não se dispersam no ar. Conseguimos mapear no corpo da rainha onde estão essas substâncias. Estão principalmente na cabeça. Daí se concluir que a sinalização química entre a rainha e as operárias férteis só pode ocorrer por contato físico entre elas”, disse Peporine Lopes.
Nas três espécies nas quais isso foi observado, Friesella schrottkyi, Leurotrigona muelleri e Plebeia lucii, as operárias férteis passaram a botar ovos quando a rainha foi removida do ninho.
“A conclusão a que se chega é que as operárias dessas espécies não foram castradas quimicamente pela rainha. A presença do sinal químico da rainha desestimula a ovulação das operárias”, disse Peporine Lopes.
Nunes conta que a seguir foi mapeado esse comportamento reprodutivo das operárias ao longo da evolução, para saber como era o comportamento ancestral das abelhas sem ferrão.
“Pudemos, com isso, inferir que a modulação da esterilidade das operárias em resposta ao feromônio da rainha [ou à presença e à ausência da rainha] evoluiu de modo independente ao menos três vezes, nas linhagens que resultaram nas espécies F. schrottkyi, L. muelleri e P. lucii”, disse.
“O que eu acho importante neste trabalho é que ele vem estabelecer um contraponto na visão tradicional da castração forçada das operárias pela rainha. É por isso que conseguimos publicar em um periódico da Nature”, disse Peporine Lopes.
O artigo Evolution of queen cuticular hydrocarbons and worker reproduction in stingless bees (doi:10.1038/s41559-017-0185), de Túlio M. Nunes, Benjamin P. Oldroyd, Larissa G. Elias, Sidnei Mateus, Izabel C. Turatti e Norberto P. Lopes, está disponível para assinantes em: www.nature.com/articles/s41559-017-0185.
“Um tema importante no estudo dos insetos sociais é entender como fazem para resolver conflitos dentro das colônias, em especial conflitos de interesses reprodutivos. Em algumas espécies de abelhas, as operárias são capazes de gerar zangões, mas tal adaptação poderia gerar conflito entre rainha e operária para ver quem gera zangões”, disse o biólogo Túlio Marcos Nunes.
Nunes, que fez pós-doutoramento no Departamento de Física e Química da Faculdade de Ciências Farmacêuticas de Ribeirão Preto (FCFRP) da Universidade de São Paulo, é o primeiro autor de um trabalho publicado no periódico Nature Ecology & Evolution, que procura responder se essa adaptação também ocorre entre as cerca de 600 espécies de abelhas sem ferrão (tribo Meliponini), distribuídas pelas regiões tropicais e subtropicais do planeta.
“O conflito ocorre como resultado da relação genética diferencial entre os filhos das rainhas e os filhos das operárias. Para as operárias, é mais interessante, do ponto de vista evolutivo, produzir os próprios filhos [com os quais elas se relacionam geneticamente em cerca de 50%]do que cuidar dos filhos da rainha [relação genética de 25%]”, disse .
O investigador responsável pela pesquisa é o supervisor de Nunes, o professor Norberto Peporine Lopes, chefe do Núcleo de Pesquisa em Produtos Naturais e Sintéticos da FCFRP, e coordenador do Projeto Temático “Metabolismo e distribuição de xenobióticos naturais e sintéticos”, apoiado pela FAPESP.
Peporine Lopes explica que a pesquisa buscou investigar se o comportamento observado (operárias não botando ovos na presença da rainha) é positivo do ponto de vista genético para a operária – os compostos que indicam a presença da rainha no ninho são chamados de sinais de rainha.
“Se esse comportamento for negativo para a operária, ou seja, caso ela tenha maior retorno genético botando e está sendo impedida quimicamente de fazer, nesse caso é um feromônio de castração”, disse.
As abelhas melíferas europeias são um exemplo claro de castração química e o trabalho buscou responder se, no caso das abelhas sem ferrão, tratava-se de castração ou de sinalização.
Para tanto, os pesquisadores trabalharam com 23 espécies de abelhas sem ferrão. Algumas poucas já estavam presentes no meliponário (criadouro de abelhas sem ferrão) da FCFRP. Outras, Nunes teve que ir a campo coletar, no Brasil e também na Austrália. As colônias geralmente ficam em buracos de troncos ou dentro de troncos caídos na floresta.
Foi preciso abrir os troncos, localizar as colônias e colocá-las dentro de caixas para transporte. “Apesar de não possuírem ferrão, elas sabem se defender. Mordem, depositam resina e algumas espécies expelem ácido fórmico em alta concentração”, disse Nunes.
As 23 espécies estudadas foram divididas em três categorias: espécies nas quais as operárias são estéreis e nunca botam ovos (quatro espécies); espécies nas quais as operárias sempre botam ovos, mesmo na presença da rainha (14); e espécies nas quais as operárias botam ovos somente em colônias onde a rainha está ausente (três). Esta última categoria difere das outras pelo fato de as operárias responderem diante da presença da rainha com a não ativação de seus ovários. A pesquisa foi feita em duas frentes. Os pesquisadores primeiro procuraram entender como se deu a evolução do comportamento reprodutivo das operárias na presença ou ausência da rainha. Além disso, buscaram descobrir qual ou quais seriam os compostos químicos responsáveis pela sinalização das rainhas às operárias.
O comportamento reprodutivo das operárias de 21 espécies era conhecido da literatura científica. Das outras duas, Lestrimelitta limao e Plebeia mínima, Nunes e colegas estabeleceram no meliponário três colônias de cada.
O comportamento das operárias férteis foi observado diariamente ao longo de três meses em presença da rainha nas colmeias. A seguir, retirada a rainha, o comportamento foi investigado por mais três meses. “Quando retiramos a rainha do ninho, as operárias começam a botar”, disse Nunes.
Castração química
Com respeito aos feromônios, foram analisados os hidrocarbonetos cuticulares produzidos pela rainha. São os feromônios usados para a sinalização química com as operárias. Foram identificados 128 compostos químicos diferentes.
“Os hidrocarbonetos cuticulares são feromônios ou sinalizadores químicos. São ceras não voláteis, não se dispersam no ar. Conseguimos mapear no corpo da rainha onde estão essas substâncias. Estão principalmente na cabeça. Daí se concluir que a sinalização química entre a rainha e as operárias férteis só pode ocorrer por contato físico entre elas”, disse Peporine Lopes.
Nas três espécies nas quais isso foi observado, Friesella schrottkyi, Leurotrigona muelleri e Plebeia lucii, as operárias férteis passaram a botar ovos quando a rainha foi removida do ninho.
“A conclusão a que se chega é que as operárias dessas espécies não foram castradas quimicamente pela rainha. A presença do sinal químico da rainha desestimula a ovulação das operárias”, disse Peporine Lopes.
Nunes conta que a seguir foi mapeado esse comportamento reprodutivo das operárias ao longo da evolução, para saber como era o comportamento ancestral das abelhas sem ferrão.
“Pudemos, com isso, inferir que a modulação da esterilidade das operárias em resposta ao feromônio da rainha [ou à presença e à ausência da rainha] evoluiu de modo independente ao menos três vezes, nas linhagens que resultaram nas espécies F. schrottkyi, L. muelleri e P. lucii”, disse.
“O que eu acho importante neste trabalho é que ele vem estabelecer um contraponto na visão tradicional da castração forçada das operárias pela rainha. É por isso que conseguimos publicar em um periódico da Nature”, disse Peporine Lopes.
O artigo Evolution of queen cuticular hydrocarbons and worker reproduction in stingless bees (doi:10.1038/s41559-017-0185), de Túlio M. Nunes, Benjamin P. Oldroyd, Larissa G. Elias, Sidnei Mateus, Izabel C. Turatti e Norberto P. Lopes, está disponível para assinantes em: www.nature.com/articles/s41559-017-0185.
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