Técnica menos agressiva ao meio ambiente detecta agrotóxicos em abelhas e no pólen

08 de julho de 2021

Agência FAPESP* – São cada vez mais comuns no Brasil episódios de mortandade de abelhas ou de abandono de colmeias como consequência do uso extensivo de agrotóxicos na agricultura. Mesmo em baixas concentrações, esses produtos químicos podem afetar o comportamento desses insetos, reduzindo seu tempo de vida. Para os produtores de mel, identificar previamente se as abelhas estão expostas ou sendo intoxicadas por agrotóxicos é importante para a definição de estratégias que evitem prejuízos, como a transferência de colmeias para outro local.

Ao combinar cromatografia e espectrometria de massas, pesquisadoras do IQSC-USP conseguiram identificar em um reduzido número de insetos doses baixas de duas substâncias muito usadas no Brasil: a imidacloprida e o tiametoxam (abelhas jataí; foto: Canva)

 

No entanto, a determinação de agrotóxicos em matrizes biológicas, como no organismo das abelhas, é uma tarefa difícil de ser executada, já que geralmente os produtos se encontram em concentrações extremamente baixas. Isso faz com que, pelos métodos convencionais, centenas ou até milhares de abelhas sejam sacrificadas para que os equipamentos consigam detectar os agrotóxicos, correndo ainda o risco de não encontrá-los. Para colaborar nesse sentido, pesquisadoras do Instituto de Química de São Carlos da Universidade de São Paulo (IQSC-USP) desenvolveram uma nova técnica mais rápida, simples, barata e que exige quantidades bem menores desses insetos para que nanogramas de agrotóxicos sejam identificados nos tecidos de abelhas, no pólen presente nas colmeias e até mesmo no mel.

No estudo, as cientistas trabalharam com duas espécies de abelhas, as africanizadas (Apis mellifera L.) e as nativas jataí (Tetragonisca angustula). O objetivo era utilizar o menor número possível desses insetos para que dois agrotóxicos muito utilizados no Brasil e no mundo, o imidacloprida e o tiametoxam, pudessem ser detectados. Os resultados foram expressivos. No método convencional, foram necessárias cerca de 150 abelhas da espécie Apis mellifera L. (aproximadamente 15 gramas) para que os agrotóxicos fossem identificados, mas no trabalho realizado no IQSC-USP, com apenas três polinizadoras (0,3 grama), esse resultado já foi possível de se obter, ou seja, um número 50 vezes menor.

Já com relação à detecção de agrotóxicos no tecido das abelhas da espécie Tetragonisca angustula, com apenas dez insetos (0,03 grama) as pesquisadoras já conseguiram identificar os agroquímicos, enquanto no método padrão seria preciso contar com 5 mil abelhas (15 gramas), número 500 vezes maior. O número de abelhas que vivem em uma colmeia de jataí pode variar de centenas até 5 mil polinizadoras. Isso significa que uma colmeia inteira da espécie poderia ser comprometida para que os produtos químicos pudessem ser identificados pelo método convencional.

O trabalho contou com financiamento da FAPESP e do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq).

“Pensando na principal função da abelha, que é realizar a polinização, se nós tirarmos uma quantidade menor desses insetos da natureza para fazer esse tipo de avaliação será uma grande vantagem. O avanço que conseguimos vai possibilitar a substituição das técnicas tradicionais por alternativas mais amigáveis ao meio ambiente, reduzindo a mortandade de abelhas para as análises”, explica Ana Maria Barbosa Medina, doutoranda do IQSC-USP e autora do trabalho.

Segundo a cientista, outro benefício que a nova técnica vai proporcionar ao meio ambiente é a redução da quantidade necessária de pólen para a detecção dos agroquímicos. No estudo, ela utilizou 150 vezes menos grãos de pólen para identificar os agrotóxicos abordados na pesquisa. Todos esses avanços, consequentemente, também possibilitaram que as análises ficassem mais rápidas e com menor custo, já que houve diminuição do uso de reagentes (15 vezes menos produtos). A técnica pode ainda ser adaptada para detectar outros tipos de agrotóxicos e em outras espécies de abelhas.

“Com a utilização de pequenas quantidades de insetos é possível alertar a comunidade científica de que esses agrotóxicos estão contaminando as abelhas e que medidas precisam ser tomadas. Em nosso estudo, conseguimos identificar concentrações menores de agrotóxicos que o método tradicional. O apicultor quer saber se o local onde ele tem as colmeias está expondo as abelhas à contaminação e, caso ele descubra cedo que os insetos estão sendo afetados, pode se mudar para outro local e evitar prejuízos financeiros. A ideia é fazer esse tipo de monitoramento utilizando menos abelhas”, explica Eny Maria Vieira, professora do IQSC-USP e orientadora da pesquisa. A docente conta que a quantidade de agrotóxico que elas conseguem detectar é tão pequena que é como se elas encontrassem no meio de um trilhão de carros brancos um pontinho preto em um dos veículos.

Como funciona o método

Para avaliar se há agrotóxicos no tecido das abelhas, as pesquisadoras seguem um protocolo. Resumidamente, elas coletam certa quantidade de abelhas que são trituradas e misturadas com acetonitrila (solvente), um composto orgânico. A mistura é agitada e alguns sais são adicionados. Todo esse processo faz com que os agrotóxicos, se presentes, saiam do tecido das abelhas e se juntem ao solvente, já que eles possuem grande afinidade pelo produto orgânico.

Essa mistura passa por uma centrifugação, que separa tanto os sais quanto as abelhas e permite que a parte líquida composta pelo solvente e os agrotóxicos seja retirada e colocada no cromatógrafo, equipamento que faz a separação dos produtos químicos e os envia para outro aparelho, o espectrômetro de massas, responsável por detectar e quantificar os agrotóxicos. Para reduzir a quantidade de insetos, reagentes e pólen necessários para a identificação dos compostos tóxicos, as pesquisadoras realizaram inúmeros testes com diferentes medidas até alcançarem as mínimas possíveis que viabilizassem a detecção.

O imidacloprida e o tiametoxam, ambos inseticidas da família dos neonicotinoides, foram introduzidos na década de 1990 e desde então seu uso vem aumentando ao longo dos anos. Mesmo banidos da União Europeia, eles estão entre os inseticidas mais utilizados nas plantações em todo o mundo, sendo aplicados em culturas de cana-de-açúcar, arroz, cereais, milho, girassóis, batatas, frutas, algodão, vegetais, entre outras. No Brasil, os dois produtos são autorizados para aplicação.

A Apis mellifera L., também conhecida popularmente como abelha “africanizada” ou “assassina”, é um poli-híbrido originário do cruzamento de abelhas europeias (Apis mellifera melífera, Apis mellifera ligustica e Apis mellifera carnica) com africanas (Apis mellifera scutellata). Elas vivem em colmeias, que podem ser artificiais ou naturais. Em seu interior, as obreiras usam cera para construir os favos, onde armazenam mel e pólen para alimentar tanto as larvas como os insetos adultos. As fêmeas diferenciam-se dos zangões (machos) por possuírem ferrão.

Já a Tetragonisca angustula, também chamada jataí-amarela, é uma abelha social da família dos meliponíneos, de ampla distribuição no Brasil. Mede até quatro milímetros e constrói ninhos de cera em espaços ocos na natureza. Sem ferrão, tem o hábito de morder as pessoas e de se enroscar nos cabelos se for provocada, mas é considerada uma abelha dócil e de fácil manejo pelos produtores de mel.

Importância para a humanidade

As abelhas são consideradas os agentes polinizadores mais importantes devido ao seu grande número, já que representam cerca de 25 mil das 40 mil espécies existentes. Elas polinizam uma ampla variedade de flores, contribuindo para manter a biodiversidade vegetal na Terra e garantir a produção de frutas e sementes, além da reprodução de várias plantas. De acordo com a Organização das Nações Unidas para Alimentação (FAO), 85% das espécies conhecidas de plantas com flores e 70% das culturas agrícolas dependem dos polinizadores para se reproduzirem, principalmente das abelhas.

Algumas plantas, inclusive, precisam de visitas frequentes, como a flor de maçã, que demanda de quatro a cinco visitas das abelhas para receber os grãos de pólen suficientes para sua fertilização. Acredita-se que aproximadamente 60% das plantas cultivadas para o consumo humano no Brasil dependem da polinização feita por abelhas e, nesse contexto, estima-se que os valores globais do serviço de polinização das culturas representam entre US$ 195 bilhões e US$ 387 bilhões anuais para o setor agrícola. Além de aumentar a produtividade e qualidade dos frutos, as polinizadoras também são indispensáveis para a produção de mel e de produtos como geleias e própolis.

Para desenvolver e comprovar a eficácia do método desenvolvido no IQSC-USP, as pesquisadoras coletaram abelhas Apis mellifera L. de sítios e apiários do interior de São Paulo. Já para a validação e detecção da técnica em abelhas jataí, as cientistas obtiveram amostras de abelhas e de pólen no meliponário do Centro de Recursos Hídricos e Estudos Ambientais (CRHEA), da Escola de Engenharia de São Carlos (EESC) da USP, e de plantações de morango em Bom Repouso (MG).

“Nós identificamos os dois agrotóxicos estudados no tecido das abelhas africanizadas. Já nas abelhas jataí, nós detectamos o imidacloprida, que originalmente não é utilizado no morango, mas sim em culturas de batata e milho próximas da região. Isso comprova que as abelhas não procuram alimento em uma única fonte, viajando para outras regiões, com diferentes plantações”, explica a doutoranda. Esse foi o primeiro estudo do mundo que identificou agrotóxicos em abelhas jataí.

* Com informações da Assessoria de Comunicação do IQSC-USP.

Substâncias relacionadas à ferocidade em abelhas são descobertas: Instituto de Biociências de Rio Claro estuda os insetos desde sua fundação, há 60 anos

 

Peter Moon - Agência Fapesp

 

16/07/2018

 

Pesquisadores paulistas podem ter descoberto a razão pela qual as abelhas africanizadas são tão ferozes. Eles rastrearam substâncias químicas presentes em níveis mais elevados no cérebro de abelhas africanizadas, em comparação com abelhas melíferas e dóceis criadas por apicultores. 

De acordo com estudo publicado no Journal of Proteome Research, tais compostos químicos podem fazer com que abelhas menos agressivas se tornem ferozes. 

Os mesmos compostos haviam sido detectados no cérebro de moscas e camundongos, nos quais eles parecem regular a alimentação e a digestão. Esse é um exemplo de como o comportamento evolui em diferentes espécies usando mecanismos moleculares semelhantes.

A pesquisa foi feita pela equipe do professor Mario Sérgio Palma no Centro de Estudo dos Insetos Sociais do Instituto de Biociências da Universidade Estadual Paulista (Unesp), em Rio Claro. O trabalho tem apoio da FAPESP por meio de um Projeto Temático que integra o programa BIOTA-FAPESP. A linha de pesquisa está relacionada ao estudo do complemento de proteínas dos sistemas animais.

“Estudamos a composição das proteínas dos sistemas glandulares de vespas, abelhas, formigas, aranhas e escorpiões. Determinamos as funções individuais de cada proteína e suas interações moleculares, além de suas estruturas moleculares. Isso inclui os venenos desses animais, bem como sistemas de comunicação química por compostos químicos e a neuroquímica da regulação do comportamento dos artrópodes via sistema nervoso”, disse Palma à Agência FAPESP. 

O estudo visou investigar o mecanismo de produção de neuro-hormônios no cérebro de abelhas. Neuro-hormônios são compostos químicos responsáveis pela regulação do sistema nervoso, com implicações na mediação dos comportamentos sociais desses insetos.

“Queríamos estudar a origem e o metabolismo das proteínas precursoras dos neuropeptídeos no cérebro de abelhas, para entender como eram produzidos tais hormônios. Desejávamos também identificar as regiões do cérebro responsáveis pelas ações daqueles compostos. Para isso, utilizamos o imageamento espectral por espectrometria de massas”, explicou Palma. 

A técnica permite identificar compostos químicos dentro de tecidos, sem necessidade de extratos celulares. O imageamento também permite conhecer a região do cérebro onde tais hormônios estão agindo. “Podemos conhecer a estrutura química dos neuropeptídeos e mapear as regiões do cérebro onde eles agem”, disse. 

Os experimentos foram feitos no apiário do Instituto de Biociências da Unesp, em Rio Claro. “Praticamente todas as nossas colônias são de abelhas africanizadas”, disse Palma. “Trabalhamos com abelhas africanizadas há mais de 20 anos, uma vez que o Departamento de Biologia do Instituto de Biociências da Unesp estuda esses insetos desde sua fundação, há 60 anos.”

Os favos foram levados para o laboratório, onde os indivíduos recém-emergidos foram identificados e marcados com tintas não tóxicas. Após a devolução dos favos às colmeias no apiário, aguardou-se que as abelhas marcadas atingissem a idade desejada para a realização do experimento. 

Quando isso ocorreu, os favos retornaram novamente ao laboratório e as abelhas marcadas com tintas coloridas foram coletadas e utilizadas em experimentos de agressividade.

As abelhas foram colocadas em arenas de observação. Alvos com o formato de esferas de 5 centímetros de diâmetro e recobertas de camurça negra foram penduradas por uma corda diante de cada arena, de modo que, ao serem balançadas, as esferas invadissem a arena onde se encontravam as abelhas marcadas.

“Vários comportamentos de alerta e agressão foram realizados pelas abelhas. Tais comportamentos foram observados e registrados pelos pesquisadores”, disse Palma.

Além dos vários comportamentos agressivos, alguns indivíduos também ferroaram os alvos. Ao fazê-lo, ficaram presos nos alvos por meio do ferrão, que possui fisgas e não pode ser retirado. Esses indivíduos foram coletados, imediatamente congelados em nitrogênio líquido e dissecados. Seus cérebros foram retirados e fatiados. As fatias foram utilizadas nos estudos de análise proteômica – área de biotecnologia que estuda o conjunto de proteínas expressas em uma célula ou tecido.

A equipe da Unesp também coletou abelhas operárias que permaneceram dentro das colmeias durante os ataques, para poder compará-las às outras operárias mais agressivas.

Todas as amostras foram analisadas dentro dos tecidos. Depois elas foram analisadas com o uso de radiação laser, que promove a ionização das proteínas e peptídeos. Esses foram analisados no espectrômetro de massa, capaz de identificar pequenas cadeias de proteínas ou peptídeos, permitindo conhecer sua estrutura química.

“Quando do preparo das amostras na forma de fatias de cérebro, o instrumento cria um padrão virtual de orientação espacial dentro de cada tecido, que permite correlacionar a presença de espectros típicos de cada molécula analisada com a posição espacial dentro do tecido. Assim, identificam-se as moléculas e ao mesmo tempo estimam-se suas concentrações e determina-se sua localização”, disse Palma.

“No final, geram-se imagens dos cortes histológicos, na forma de topografia molecular, e mapas de contorno, assinalando-se as extensões e limites de cada diferente região do cérebro”, disse. 

Compostos químicos identificados por pesquisadores da Unesp podem explicar por que abelhas menos agressivas se tornam ferozes. Estudo foi publicado no Journal of Proteome Research (operária de Apis mellifera ferroando o alvo de camurça durante os ensaios de agressividade / fotos: Iago Bueno da Silva/Unesp)

Hormônios e agressão 

Sobre a diferença encontrada entre as abelhas capturadas fora da colmeia e as que permaneceram lá dentro, Palma ressalta que não se trata de local, mas de diferenças observadas entre as abelhas operárias que realizam os vários comportamentos de alarme e agressão (principalmente ferroar o alvo) e aquelas que não se tornam agressivas (mesmo quando estimuladas). 

“O cérebro das abelhas não agressoras apresentou proteínas precursoras intactas, na forma sua não ativa, isto é, que não está estimulando comportamentos agressivos”, disse. 

Por outro lado, o cérebro das abelhas agressoras apresentou somente as formas maduras dessas proteínas. São pedaços menores e ativos das proteínas precursoras, gerados pela ação de enzimas conhecidas como proteases. Esses pedaços menores ainda passam por processo de modificações químicas para se tornarem ativos. Assim se formam os neuropeptídeos ativos, que determinarão o comportamento agressivo nas abelhas. Neuropeptídeos são hormônios que regulam o cérebro e outros tecidos para adaptar o organismo a realizar um conjunto de comportamentos. 

“Na prática, isso significa que os neuropeptídeos sinalizam ao organismo para realizar funções metabólicas, fisiológicas e/ou farmacológicas, preparando o indivíduo para executar um ou mais conjuntos de comportamentos. No caso em estudo, o conjunto de comportamentos foi relacionado à agressão”, disse Palma

“Os neuropeptídeos que encontramos existem com pequenas diferenças estruturais em vários insetos, mas até então eram pouco caracterizados química e funcionalmente. Nas abelhas agressoras, as funções de tais neuropeptídeos foram regular o metabolismo energético, ativar os mecanismos de vigilância e coordenação espacial de voo e estimular a produção de feromônios de alarme”, disse. 

Quando os pesquisadores observaram que os neuropeptídeos estimulavam o comportamento agressivo, eles resolveram sintetizar esses compostos em laboratório, para então injetá-los em operárias jovens – abelhas que supostamente ainda não estavam preparadas para executar comportamentos agressivos. 

“O resultado foi que algum tempo após terem recebidos aplicações dos neuropeptídeos essas operárias passaram a executar comportamentos agressivos. Elas passaram inclusive a ferroar os alvos”, disse o coordenador do Projeto Temático FAPESP.   

Origem da ferocidade

A agressividade em abelhas é desencadeada como parte do mecanismo de defesa da colônia. Tal comportamento se inicia com um conjunto de estímulos físicos e químicos como movimentos bruscos, sons agudos, cores escuras e odores fortes, geralmente associados à presença de intrusos, invasores ou predadores da colônia. Isso desencadeia uma reação em cascata de uma série de processos metabólicos e fisiológicos, para suportar os insetos agressores a executar os comportamentos de alarme e agressão.

“Aparentemente, a primeira reação a tais estímulos leva à maturação dos precursores dos neuro-hormônios no cérebro das abelhas, conduzindo à formação dos neuropeptídeos maduros, que são distribuídos em concentrados e regiões específicas do cérebro”, disse Palma.

“Atuando nos neurônios dessas regiões, esses neuropeptídeos ativam uma série de processos metabólicos e fisiológicos, que resultam nos comportamentos de alarme e agressão e culminam com a ferroada”, disse. 

Os precursores dos neuropeptídeos estão prontos no cérebro das operárias adultas. Mas enquanto elas ainda são jovens tais precursores não são clivados, não podendo resultar em neuropeptídeos maduros ou ativos. 

No entanto, quando as operárias alcançam entre 15 e 20 dias de idade, elas já contam com ferramentas moleculares para catalisar a maturação dos precursores. Daí que, na presença de estímulos físico-químicos ameaçadores, os neuropeptídeos em seus cérebros serão instantaneamente ativados, e as operárias passarão a demonstrar comportamento agressivo.

“Quando injetamos os neuropeptídeos sintéticos em suas formas maduras, as operárias jovens passaram a dispor do neuropeptídeos maduros, que em poucos minutos passaram a ativar as transformações metabólicas e fisiológicas, tornando tais indivíduos aptos a exercer comportamentos agressivos”, disse Palma.

O artigo MALDI Imaging Analysis of Neuropeptides in Africanized Honeybee (Apis mellifera) Brain: Effect of Aggressiveness, de Marcel Pratavieira, Anally Ribeiro da Silva Menegasso, Franciele Grego Esteves, Kenny Umino Sato, Osmar Malaspina e Mario Sergio Palma, está publicado em https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jproteome.8b00098.

A linguagem química dos insetos

No interior das colônias, abelhas e formigas se reconhecem e se organizam por meio de compostos que recobrem seus corpos

CARLOS FIORAVANTI | ED. 260 | OUTUBRO 2017

Revista Pesquisa FAPESP

Podcast: Fabio Santos do Nascimento

00:00 / 09:55

Como os insetos sociais – abelhas, vespas, formigas e cupins – se reconhecem, organizam-se e dividem as tarefas na completa escuridão de suas colônias? Em 2003, ao planejar sua pesquisa de pós-doutorado na Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto da Universidade de São Paulo (FFCLRP-USP), o biólogo Fábio Santos do Nascimento verificou que as análises genéticas e os estudos de comportamento não ofereciam uma resposta satisfatória para essa pergunta.

Em busca de alternativas, ele começou a estudar um grupo de compostos químicos produzidos pelos insetos, os hidrocarbonetos cuticulares (HCCs), que chamavam a atenção também de grupos de pesquisa dos Estados Unidos e da Europa.

Nascimento e o químico Norberto Peporine Lopes, professor da Faculdade de Ciências Farmacêuticas de Ribeirão Preto (FCFRP) da USP, logo observaram que os HCCs indicam se a abelha, vespa, formiga ou cupim é macho ou fêmea, operária ou rainha. Cada indivíduo, espécie e colônia apresenta sutis variações na composição dos HCCs que as diferenciam. Esses compostos se mostraram fundamentais também para a divisão de tarefas entre as castas e a coesão das colônias. 

Ao liberar HCCs, as rainhas indicam que estão férteis e inibem o ímpeto de acasalamento das operárias, de acordo com um estudo do grupo da USP publicado em junho de 2017 na revista Nature Ecology & Evolution. “É a sinalização química induzida pelas rainhas que mantém as operárias dedicadas à limpeza e à guarda do ninho ou à busca de alimentos”, conta Nascimento, contratado em 2009 como professor da FFCLRP. As equipes de Ribeirão Preto verificaram também que as rainhas de abelhas Melipona scutellaris espalham HCCs sobre os compartimentos em que depositam seus ovos, sinalizando que as operárias não devem mexer ali.

Produzidos por glândulas subcutâneas, os HCCs formam a cera amarelada que reveste o esqueleto externo dos insetos. São substâncias formadas apenas por átomos de carbono e hidrogênio organizados em longas estruturas lineares com ligações simples ou duplas entre os carbonos. “A posição das ligações duplas entre os átomos de carbono varia segundo a espécie ou o gênero dos insetos”, diz Lopes. “E a variação nas estruturas dessas moléculas permite o reconhecimento de indivíduos da mesma colmeia e torna possível o dialeto entre eles.” Em 2003, quando começou a trabalhar com Nascimento, seus equipamentos de análise química caracterizavam hidrocarbonetos com até 40 carbonos, mas agora uma nova técnica de espectrometria de massa adotada em seu laboratório permite a identificação de compostos de cadeia ainda mais longa, com 60 carbonos, que também se mostraram diferentes entre machos e fêmeas e entre rainhas e operárias.

Contato revelador
 
Essa forma de comunicação depende do contato físico entre os insetos. Uma formiga, por exemplo, reconhecerá que outra formiga é da mesma espécie ou da mesma colônia tocando seu corpo – principalmente a cabeça – com as antenas, dotada de poros ou receptores próprios para a identificação dos HCCs. Por essa razão é que os mais de mil HCCs já identificados são chamados de feromônios superficiais ou de contato. Essa classificação os diferencia dos feromônios sexuais, liberados no ar pelas fêmeas aptas a procriar.

“Nas colmeias, os insetos sociais se comunicam principalmente através de sinais químicos”, informa Lopes. “Fora da colônia, a primeira forma de comunicação entre as espécies é a visual. Se um inseto da mesma espécie ou de outra tentar invadir o formigueiro, as formigas vão reconhecê-lo como inimigo e o atacarão de imediato.” Quando há luz, as vespas Polistes satan se reconhecem também por meio de sinais peculiares em suas faces, de acordo com um estudo conduzido pela bióloga Ivelize Tannure Nascimento, da USP de Ribeirão Preto, e publicado em 2008 na Proceedings of the Royal Society B.

© LÉO RAMOS CHAVES

A formiga Dinoponera australis reconhece, por meio de compostos químicos captados pela antena, se outra da mesma espécie é macho ou fêmea

Dois dias depois de saírem do ovo, as vespas já produzem o HCC característico da colônia, por causa do contato com os outros integrantes do grupo. A composição dessas substâncias pode mudar, em resposta, por exemplo, à variação na dieta. Sob a orientação de Nascimento, o biólogo Lohan Valadares dividiu uma colônia de saúvas em dois grupos e alimentou um com folhas e pétalas de rosa e outro com folhas de extremosa (Lagerstroemia sp.), árvore de flores rosa usada na arborização urbana. Depois, ele colocou as formigas de um grupo em outro. As que chegavam eram hostilizadas. As análises indicaram que o cheiro das formigas tinha mudado depois da alteração da dieta. “Como o perfil químico dos hidrocarbonetos cuticulares se alterou, as formigas que faziam parte de uma mesma colônia deixaram de se reconhecer”, comenta Nascimento.

A habilidade de produzir esses compostos deve ter surgido antes mesmo de os insetos começarem a viver em colônias, há cerca de 100 milhões de anos. Os biólogos Ricarda Kather e Stephen Martin, da Universidade de Salford-Manchester, Inglaterra, examinaram o perfil químico dos HCCs de 241 espécies de insetos, incluindo 164 de hábitos sociais, da ordem Hymenoptera — a maior desse grupo, com 130 mil espécies. Como detalhado em um estudo de 2015 na Journal of Chemical Ecology, espécies solitárias apresentaram um perfil de HCCs tão complexo quanto o das sociais.

Outro grupo da Inglaterra indicou que as antenas – ao menos as das formigas Iridomyrmex purpureus – não apenas recebiam, mas também transmitiam sinais químicos, desse modo ampliando a conclusão do psiquiatra e entomologista suíço Auguste-Henri Forel (1848-1931). No final do século XIX, Forel mostrou que as antenas funcionavam como órgãos capazes de captar sinais químicos ao remover as antenas de quatro espécies de formigas e observar que os insetos se desorientavam e amontoavam-se, independentemente da espécie.

Formigas desnorteadas
 
Sem HCCs, do mesmo modo, os insetos ficam desnorteados e a organização social se quebra. No laboratório de comportamento e evolução da Universidade Rockefeller, nos Estados Unidos, a equipe do biólogo Daniel Kronauer desativou o gene orco, responsável pela produção de receptores dos HCCs, em formigas da espécie Ooceraea biroi, originária do Japão. Assim que saíam da fase larval e tornavam-se adultas, as formigas geneticamente alteradas mostravam de imediato um comportamento incomum para a espécie: não andavam mais em linha, mas se moviam sem direção, a esmo, como detalhado em um artigo de dezembro de 2016 na revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Os pesquisadores observaram também mudanças nas estruturas cerebrais das formigas, o que indicou que os insetos precisariam dos receptores de odor para o cérebro se desenvolver corretamente.

Os HCCs explicam comportamentos intrigantes dos insetos sociais – e não só o fato de viverem se tocando com as antenas. “Depois de se sujarem ou saírem da água, as formigas se limpam ou se enxugam com as pernas como forma de recuperar a camada de hidrocarbonetos que cobre seu corpo. De outro modo, os guardas da colônia não os reconheceriam e não os deixariam entrar”, exemplifica Nascimento. Outro mistério resolvido se refere ao fato de as abelhas operárias da espécie Melipona scutellaris decapitarem as rainhas virgens com sete dias, quando poderiam atrair os machos interessados na cópula. Tocando o corpo – principalmente a cabeça – das rainhas virgens, as operárias percebem que o HCC delas é diferente do das rainhas fecundas. A percepção dessa diferença induz à matança, concluiu o biólogo Edmilson Souza, professor da Universidade Federal de Viçosa, em Minas Gerais. Não haveria grandes danos à colmeia porque as rainhas das colônias de abelhas sem ferrão como a uruçu produzem com frequência ovos que originam rainhas.

Ao unirem biologia e química, esses estudos estão complementando os trabalhos sobre genética das abelhas, iniciados pelo geneticista paulista Warwick Kerr na década de 1950, e os de biologia do comportamento de insetos sociais, com a bióloga Vera Imperatriz Fonseca, a partir da década de 1970, e exigem uma visão multidisciplinar dos pesquisadores. “Aqui no laboratório”, conta Nascimento, “todo aluno e pesquisador, mesmo sendo biólogo, tem de ser um pouco químico, aprender a usar o cromatógrafo e a interpretar os resultados que produzirem”.

© RHAINER GUILLERMO FERREIRA / UFSCAR

Uma rede de canais, as traqueias…

As asas vivas de uma libélula
Encontrada no Cerrado e conhecida como morpho por sua semelhança com um gênero de borboletas predominantemente azuis, a libélula Zenithoptera lanei pode ter se tornado o primeiro caso de um inseto adulto com asas constituídas por tecido vivo – e não morto, como se pensava.

O biólogo Rhainer Guillermo Ferreira, professor da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), identificou por meio de imagens de microscopia eletrônica uma rede de canais – as traqueias – em meio às membranas das asas de um azul intenso dessa espécie.

© ANA COTTA / WIKIMEDIA

…contribui para o azul das asas da Zenithoptera lanei

Como detalhado em um artigo publicado em setembro de 2017 na revista Biology Letters, as traqueias têm um diâmetro variando de 3 a 200 nanômetros e devem abastecer com oxigênio as células que produzem uma cera espessa que recobre as asas. Segundo Ferreira, a cera deve refletir a radiação ultravioleta, o que ao mesmo tempo acentua a cor azul das asas e protege o inseto do excesso de luz solar. “Uma das indicações de que as células das asas estão vivas é que o azul perde o brilho rapidamente depois que a libélula morre”, diz ele.

A rede de traqueias deve também contribuir para a sustentação das asas e para o controle da temperatura desses insetos. “Por enquanto, essa espécie é a única com esse tipo de estrutura”, afirma. “Examinamos outras 40 espécies de libélulas e não encontramos nada parecido.”

Projetos
 
1. Avaliação dos mecanismos exógenos e endógenos que influenciam a variabilidade dos hidrocarbonetos cuticulares em insetos sociais neotropicais (nº 15/25301-9); Modalidade Auxílio à Pesquisa – Regular; Pesquisador responsável Fábio Santos do Nascimento; Investimento R$ 191.870,92.

2. Metabolismo e distribuição de xenobióticos naturais e sintéticos: Da compreensão dos processos reacionais à geração de imagens teciduais (nº 14/50265-3); Modalidade Projeto Temático; Pesquisador responsável Norberto Peporine Lopes; Investimento R$ 1.137.805,87.

Artigos científicos

KATHER, R. e MARTIN, S. J. Evolution of Cuticular Hydrocarbons in the Hymenoptera: a Meta-Analysis. Journal of Chemical Ecology. v. 41, n. 10, p. 871-883, 2015.

McKENZIE, S. K. et al. Transcriptomics and neuroanatomy of the clonal raider ant implicate an expanded clade of odorant receptors in chemical communication. PNAS. v. 113, n. 49, p. 14091-6, 2016.

NUNES, T. M. et al. Evolution of queen cuticular hydrocarbons and worker reproduction in stingless bees. Nature Ecology & Evolution. v. 1, 0185, 2017

TANNURE-NASCIMENTO, I.C. et al. The look of royalty: visual and odour signals of reproductive status in a paper wasp. Proceedings of the Royal Society B. v. 275, p. 2555-61, 2008.

GUILLERMO-FERREIRA, R. et al. The unusual tracheal system within the wing membrane of a dragonfly. Biology Letters. v. 13 (5), 20160960, 2017.

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.

Pesquisadora identifica mel da abelha Tiúba

Estudo da Unesp ajudará a garantir a qualidade do produto e a ampliar o mercado

Maristela Garmes

 

09/08/2017

Melipina fasciculata, SMITH, 1854 (Hymenoptera, Apidae)

 

No Maranhão, o mel da abelha nativa Tiúba, que oferece um gosto ácido e menor teor de açúcar é um produto muito apreciado no mercado local e regional e recebe uma atenção ainda maior por não ser produzido em grande escala: “a produção sofre entraves à comercialização por falta de uma legislação que regulamente estes méis”, diz a pesquisadora Rachel Torquato Fernandes. 

A abelha que elabora esse mel ocorre em todos os ecossistemas do Estado, atingindo ainda o Pará, Piauí e Tocantins, regiões de fronteira com o Maranhão. Rachel explica que “as dificuldades na comercialização e na ampliação do mercado do mel da abelha Tiúba e de outras abelhas nativas são em razão da falta de uma legislação que estabelece os requisitos de identidade e qualidade do produto", diz. 

Rachel defendeu tese de doutorado que determinou as características de qualidade do mel de Tiúba (Melipona fasciculata) produzido em duas Bacias Hidrográficas do Estado do Maranhão (Munim e Pericumã), tendo como referência as características do mel de Apis Mellifera L. O estudo foi desenvolvido no Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência de Alimentos da Unesp de São José do Rio Preto, interior de São Paulo.

Uma das características da abelha Tiúba é não possuir ferrão, ao contrário da abelha mais conhecida nos criatórios do Brasil, a Apis Mellifera, que tem ferrão, e é amplamente difundida no mundo na produção de mel. “Por ser a mais comercializada, são os padrões físico-químicos do mel da Apis que estão presentes na normativa internacional e brasileira”, diz a pesquisadora, que é engenheira agrônoma.

Segundo ela, como não existe uma normatização nacional para o mel das abelhas nativas – que se dá pela carência de conhecimento do produto - a identificação de suas características pode auxiliar as iniciativas de regulamentação. “Com identidade e normatizado, a comercialização do mel pode ser ampliada, fica mais fácil controlar as falsificações e, ainda, garantir ao consumidor que o produto é de fato o mel declarado no rótulo”.

Perfil da Tiúba
Para determinar as características da qualidade do mel de Tiúba, a engenheira agrônoma avaliou a qualidade microbiológica (condição sanitária do produto); a variação físico-química (umidade, açúcares, acidez, pH, sólidos, cinzas, entre outras); sensoriais (cor, viscosidade, aroma, sabor); e as interações com o meio ambiente (temperatura, umidade, luz).

No quesito integridade microbiológica, o mel pode apresentar na origem, zero contaminação microbiológica, confirmando o hábito higiênico de coleta das abelhas; baixo teor de açúcar (o que pode ser vantagem para a saúde do consumidor); mediano teor de umidade; moderada acidez; de médio a alto teor de minerais; baixa viscosidade (que o torna mais fluido); e cor variável tendendo para as mais escuras.

Com relação ao sabor também é variável: “este fator que depende das fontes florais visitadas pela abelha na coleta de néctar”, diz Rachel. Ele pode oferecer sensações bucais de leve ardência e gosto levemente ácido.

“O mel tem características que muitas pessoas nas regiões de produção valorizam porque percebem o produto mais palatável e menos enjoativo, e tradicionalmente acreditam nas suas propriedades medicinais”. 

Obstáculos na legislação
De acordo com a engenheira, vários estudos confirmam as diferenças físicas e químicas entre o mel da abelha Apis mellifera com o mel de outras abelhas nativas. O mel da Apis tem viscosidade e teores de açúcares bem maior e a umidade menor, sendo menos fluida e menos aquosa.

“Por essa razão, avaliar a qualidade do mel de abelhas nativas considerando os valores dos parâmetros estabelecidos na legislação nacional é problemático, pois haverá divergência”, explica Rachel. Eles podem ser inseridos no mercado aproveitando nichos especiais como produto nobre e raro da biodiversidade brasileira.

“Não há como enquadrar as características do mel de abelhas nativas em um padrão que não seja próprio delas. As abelhas têm seu padrão natural. Cabe a nós conhecermos, buscarmos identificá-lo de modo a permitir basear uma normativa para o mel de meliponíneos (abelhas nativas)”, ressalta.

A professora Ana Carolina Conti e Silva, orientadora do estudo, complementa que o trabalho de Rachel é de fundamental importância por oferecer suporte às futuras ações de desenvolvimento da cadeia produtiva do mel no Estado do Maranhão, garantindo a qualidade do mel de Tiúba e expandindo sua comercialização para fora do Estado.

Atualmente o Brasil é um dos maiores produtores e exportadores de mel (Apis), com uma produção aproximada de 38 mil toneladas e oitava posição no ranking mundial de exportadores, segundo os dados de 2015, os mais atuais.  

A pesquisa faz parte do projeto interinstitucional, coordenado pela Unesp, Universidade Federal do Maranhão (UFMA) e Instituto Federal do Maranhão (IFMA), financiado parcialmente pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Maranhão (Fapema).

Abelhas sem ferrão têm guardas especializadas para defender suas colmeias

24 de março de 2017

Elton Alisson | Agência FAPESP – Assim como as formigas e os cupins, diversas espécies de abelhas sem ferrão no Brasil possuem guardas ou soldados especializados para defender suas colônias de eventuais ataques de inimigos naturais.

Surgimento de colônias com indivíduos mais robustos e com maior porte do que as operárias coincidiu com o aparecimento de espécies de abelhas “ladras”, aponta estudo (foto: abelha jataí (Tetragonisca angustula)/Wikimedia Commons)

O surgimento dessas abelhas guardiãs – que são mais robustas, têm maior porte e, em alguns casos, apresentam coloração diferente das abelhas operárias mais comuns – começou nos últimos 25 milhões de anos e coincidiu com o aparecimento de abelhas “ladras”, que representam uma grande ameaça para muitas espécies de abelhas sem ferrão.

As descobertas foram feitas por um grupo de pesquisadores da Universidade de São Paulo (USP), campus de Ribeirão Preto, em colaboração com colegas da Embrapa Amazônia Oriental, em Belém (PA), e da Johannes Gutenberg University Mainz, da Alemanha.

Resultado de dois projetos apoiados pela FAPESP – o primeiro coordenado por Eduardo Andrade de Almeida e o segundo por Fábio Santos do Nascimento, ambos professores do Departamento de Biologia da Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras da USP de Ribeirão Preto –, o estudo foi publicado na revista Nature Communications.
“As abelhas guardas também apresentam um comportamento diferente das operárias”, disse Almeida à Agência FAPESP.

“Elas não saem do ninho para buscar alimento, como as abelhas forrageadoras, voam próximas à entrada da colônia e são as primeiras a se engajar em uma luta caso venha a ocorrer uma invasão por abelhas parasitas”, afirmou.
Um estudo anterior, publicado em 2012, já havia apontado que as colônias de uma espécie de abelha sem ferrão – a jataí (Tetragonisca angustula) – são defendidas por um grupo de abelhas guardas que são, aproximadamente, 30% maiores e têm forma diferente de suas companheiras de ninho. E que o tamanho do corpo maior dessas abelhas guardas em comparação com as operárias está diretamente ligado à capacidade de combate.

Com base nessa constatação, os pesquisadores decidiram avaliar se a diferenciação das abelhas operárias relacionada com as tarefas que desempenham na colônia está difundida entre outras espécies de abelhas sem ferrão – que representam o maior grupo de abelhas sociais, com mais de 500 espécies descritas, das quais mais de 300 são encontradas no Brasil.

Para isso, eles compararam características morfológicas, como o tamanho, de abelhas guardas e forrageiras de 28 espécies de abelhas sem ferrão mais comuns no Brasil, e ecologicamente variadas – com diferentes tipos de habitat, hábitos de nidificação, métodos de forrageamento e tamanhos de colônia, que podem variar de algumas centenas a dezenas de milhares de operárias.

As análises indicaram que em 10 das 28 espécies analisadas as abelhas guardas foram significativamente maiores do que as forrageiras. As espécies com abelhas guardas maiores apresentaram uma variação entre 10% e 30% no tamanho em comparação com as abelhas operárias.
As três espécies com maior grau de diferenciação de tamanho foram as jataís Tetragonisca angustula e Tetragonisca fiebrigi e a moça-branca (Frieseomelitta longipes).

As abelhas guardas de várias espécies do gênero de abelhas sem ferrão Frieseomelitta não apenas são maiores, como também possuem uma coloração mais escura do que as operárias, constataram os pesquisadores.

“Observamos que a diferença entre abelhas operárias e guardas é muito mais comum entre espécies de abelhas sem ferrão do que se imaginava e que a evolução das abelhas guardas com tamanho corporal maior parece estar relacionada ao risco de ataque por abelhas parasitas”, disse Almeida.
“Isso muda algumas interpretações de como teria sido a evolução de comportamentos sociais de espécies de abelhas sem ferrão e as relações entre elas dentro dos ninhos, por exemplo”, apontou.

Pressão evolutiva

A fim de identificar quando se iniciou a diferenciação das abelhas e quais fatores contribuíram para desencadear esse processo, os pesquisadores fizeram testes baseados em análises filogenéticas (da história evolutiva) das 28 espécies de abelhas sem ferrão incluídas no estudo.

Os resultados das análises indicaram que o ancestral comum dessas espécies de abelhas sem ferrão tinha operárias com tamanho similar e que o aumento do tamanho das guardas teria evoluído pelo menos cinco vezes de forma independente nos últimos 20 a 25 milhões de anos.

O período é considerado recente em relação à idade de diversificação das abelhas sem ferrão como um todo – iniciado há 80 milhões de anos – e coincide com o surgimento das abelhas do gênero parasita Lestrimelitta – conhecidas como abelhas ladras –, apontaram os pesquisadores.
“O surgimento das espécies desse gênero, que apresentam um comportamento muito especializado de invadir os ninhos de outras abelhas para saqueá-los, pode ter exercido uma pressão evolutiva sobre as espécies alvos dos ataques favorecendo o desenvolvimento de mecanismos de defesa – neste caso, as abelhas guardas – para se protegerem”, estimou Almeida.

Entre as 28 espécies de abelhas sem ferrão estudadas, 10 são alvos conhecidos de Lestrimelitta, cujos ataques frequentemente destroem as colônias.

As espécies de abelhas sem-ferrão alvos das abelhas ladras são quatro vezes mais propensas a ter guarda com maior tamanho em comparação às que não são vítimas frequentes, apontaram os pesquisadores.

“À medida que essas espécies de abelhas sem ferrão alvos das abelhas ladras passam a sofrer menos ataques ou que conseguem interceptá-los, elas passam a ter a chance de aumentar sua descendência, o que representa uma vantagem evolutiva”, avaliou Almeida.

O artigo “Repeated evolution of soldier sub-castes suggests parasitism drives social complexity in stingless bees” (doi: 10.1038/s41467-016-0012-y), de Christoph Grüter e outros, pode ser lido na revista Nature Communications em www.nature.com/articles/s41467-016-0012-y.
 

Sequencializado genoma da abelha africanizada

Pesquisa é publicada pela Unesp e pela York University, de Toronto, Canadá

[21/11/2016]

Um trabalho de pesquisa desenvolvido por pesquisadores do Núcleo de Ensino, Ciência e Tecnologia em Apicultura Racional (NECTAR) da Faculdade de Medicina Veterinária e Zootecnia (FMVZ) da Unesp, câmpus de Botucatu, e York University, de Toronto, no Canadá, conseguiu sequenciar a totalidade do genoma da abelha africanizada (híbrido com forte presença nas Américas, desde o norte da Argentina ao sul do Canadá) e identificar todas variantes em relação ao genoma de Apis mellifera já descrito.

Parte deste estudo foi publicado pelo periódico Scientific Data, do grupo Nature, na forma de um artigo científico intitulado “A variant data set for the Africanized honeybee, Apis melífera”. (Confira em http://www.nature.com/articles/sdata201697)

O trabalho representa parte da Tese de Doutorado em Zootecnia de Samir Moura Kadri, orientado pelo professor Ricardo de Oliveira Orsi, do Departamento de Produção Animal da FMVZ, e coorientado pelo professor Amro Zayed, da Faculty of Sciences, York University. Contatos do pesquisador: orsi@fmvz.unesp.br ou (14) 3880-2946/(14) 9-9729-8380.

A pesquisa foi financiada pela Fapesp e pelo Discovery Grant from the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC).

A pesquisa

A abelha africanizada (AHB) é um híbrido da espécie de Apis melífera originada a partir do cruzamento entre indivíduos de subespécies africanas , importadas para o Brasil e soltos acidentalmente no município paulista de Rio Claro, na década de 1950, com populações das subespécies europeias (Apis  mellifera mellifera, A. m. carnica, A. m. ligustica e A. m. caucasia)que habitavam o país naquela época. Além de serem indicadas para a produção de produtos apícolas, as abelhas africanizadas têm o comportamento defensivo em relação à sua colônia como uma de suas características mais significativas.

A pesquisa de Kadri procurou identificar os chamados SNPs (polimorfismos de nucleotídeo simples), variações ou mutações na sequência de DNA que afetam somente uma base, adenina (A), timina (T), citosina (C) ou guanina (G) na sequência de DNa genômico. Os SNPs são transmitidos de uma geração a outra e podem ser utilizados como marcadores moleculares para uma população. “É possível buscar um poliformismo na sequencia do genoma e associar a uma população com uma característica que predefinimos para estudar sua presença numa determinada espécie”, explica Kadri.

O projeto analisou o comportamento defensivo de 117 enxames de apicultores comerciais do município paulista de Iaras. Em seguida, foram coletadas abelhas operárias de cada um destes enxames. Essa etapa do trabalho foi realizada com a colaboração da equipe do Instituto de Biotecnologia (IBTEC) da Unesp de Botucatu.

Num segundo momento, foi feita em parceria com o professor Zayed, a partir de uma Bolsa Estágio de Pesquisa no Exterior (BEPE) da Fapesp, que permitiu que Kadri ficasse 8 meses no Canadá, onde foi extraído o DNA genômico das abelhas.O pesquisador separou 12 abelhas operárias de cada um dos 15 enxames com maior comportamento defensivo e 12 de cada um dos 15 com menor comportamento defensivo, analisando assim o genoma de 30 colônias de abelhas africanizadas.

A partir destes indivíduos, de forma inédita, no Centre for Applied Genomics, em Toronto, foi feito o sequenciamento completo de genoma da abelha africanizada. O sequenciamento da totalidade do genoma das abelhas teve uma cobertura de 20.25, ou seja, para cada amostra foram feitas 20.25 medições garantindo a exatidão e confiabilidade estatística do estudo.

As informações geradas pelo trabalho são inéditas. Até então, o que existia armazenado no banco de dados National Center for Biotechnology Information (NCBI), refere-se polimorfismos identificados em partes aletórias do genoma das abelhas africanizadas e não da totalidade encontrado no genoma.

Resultados

A pesquisa de brasileiros e canadenses obteve mais de três milhões e seiscentos mil polimorfismos, carreados como marcadores genéticos do híbrido africanizado. Desses, mais de 155 mil poliformismos estão no interior de cerca de 11 mil genes do genoma da abelha africanizada de uma forma que afetam a síntese dos aminoácidos. “Na prática, isso e leva a diferenças morfológicas e principalmente comportamentais entre as abelhas africanizadas e a Apis mellifera da linhagem dos Estados Unidos. Tais diferenças são claramente expressas pelo genoma”, explica Kadri.

O artigo publicado pela Scientific Data se refere às posições que os polimorfismos e os genes afetados por eles ocupam dentro do genoma. “Foi a primeira vez que foram sequenciados e analisados todos os polimorfismos existentes na totalidade do genoma da abelha africanizada”.

Os dados obtidos foram depositados pela equipe de pesquisadores na base de dados de SNPs no NCBI e no Scientific Data, do grupo Nature. Os 27 gigabytes de dados obtidos constituem-se no maior e mais completo banco de dados que existe até hoje relacionado ao genoma de abelha africanizada.

Essas informações poderão ser utilizadas por pesquisadores do mundo todo em trabalhos nas mais diversas áreas envolvendo abelhas africanizadas, como melhoramento, evolução, controle populacional, entre outras. “Hoje todos os estudos que são feitos utilizam como padrão o genoma sequenciado nos Estados Unidos. A partir de agora, os pesquisadores que quiserem trabalhar com abelhas africanizadas saberão que é preciso observar que existem várias diferenças que podem gerar alterações de resultados caso seja utilizado o genoma padrão”.

Para o professor Orsi, a publicação da pesquisa numa periódico do grupo Nature faz jus à qualidade do trabalho realizado e deve projetar seus resultados internacionalmente. “É um orgulho para toda nossa equipe e para o Programa de Pós-Graduação em Zootecnia da FMVZ. O trabalho deve se tornar uma referência nacional e internacional para estudos com a abelhas africanizadas”.

Assessoria de Comunicação e Imprensa

Transporte de colônias afeta a estrutura genética de abelhas sem ferrão

18 de outubro de 2016

Elton Alisson | Agência FAPESP – O transporte não regulamentado de colônias de abelhas sem ferrão (Apidae: Meliponini) por meliponicultores nas Américas tem feito com que o perfil genético de populações desses polinizadores-chave para diversas plantas e culturas agrícolas torne-se cada vez mais padronizado.

Um dos possíveis impactos dessa homogeneização genética poderá ser o desaparecimento de populações de abelhas melhor adaptadas a determinadas condições climáticas e ambientais, aponta um estudo internacional realizado por pesquisadores do Brasil em colaboração com colegas dos Estados Unidos, Portugal e Espanha.

Prática de meliponicultores de conduzir colmeias de um lugar para outro tem feito com que o perfil genético de populações de abelhas manejadas nas Américas torne-se cada vez mais padronizado, aponta estudo ( Foto: Scaptotrigona hellwegiri/ Ricardo Ayala)  

 

Resultado de um pós-doutorado e de estágio de pesquisa no exterior, realizados com Bolsa da FAPESP, o estudo foi publicado na revista Molecular Ecology.
“Constatamos que a prática não regulamentada e sem controle de transportar colônias tem feito com que as populações das abelhas sem ferrão nas Américas fiquem geneticamente mais homogeneizadas”, disse Rodolfo Jaffé, pesquisador do Instituto Tecnológico Vale (ITV) e primeiro autor do artigo, à Agência FAPESP.

Os pesquisadores analisaram durante o estudo uma série de fatores que hipoteticamente poderiam influenciar o fluxo genético de abelhas sem ferrão, tais como a distância geográfica entre as populações, as práticas de manejo dos meliponicultores, o tamanho das abelhas, as mudanças no uso da terra (como o desmatamento) e as condições ambientais (como temperatura, elevação e chuva) de seus habitats naturais.

Para isso, analisaram dados de 135 populações silvestres e manejadas de 17 espécies de abelhas sem ferrão, distribuídas em diversos biomas tropicais nas Américas, para as quais estavam disponíveis na literatura estimativas de distâncias genéticas entre populações baseadas em marcadores moleculares microssatélites.

Com base nos dados fornecidos por esses marcadores microssatélites (pequenas regiões do DNA, que variam de um indivíduo para outro), eles estimaram o grau de isolamento pela distância geográfica – a diferenciação genética em relação à distância geográfica – das populações das 17 espécies de abelhas.

Os resultados das análises indicaram que o isolamento pela distância geográfica das populações das espécies de abelhas foi significativamente afetado pelo transporte de colônias pelos meliponicultores.

As espécies de abelhas sem ferrão manejadas apresentaram menor isolamento por distância em comparação com as espécies silvestres.
“O natural seria que, quanto maior a distância entre as populações de abelhas manejadas, maior também deveria ser a diferenciação genética entre elas. Mas não foi isso que constatamos”, afirmou Jaffé.
Os pesquisadores observaram esse padrão de menor diferenciação genética em relação à distância geográfica nas populações manejadas das 17 espécies de abelhas sem ferrão analisadas.

“Isso indica que, muito provavelmente, os melipolinicultores estejam transportando colônias de uma região para outra, e que essa prática tem causado a padronização do perfil genético dessas abelhas”, estimou Jaffé.

Impactos

De acordo com o pesquisador, o transporte de colônias de abelhas sem ferrão é uma prática comum entre os melipolinicultores e recomendada no caso de áreas desmatadas, que perderam suas populações naturais de abelhas.

Já no caso de áreas preservadas, a recomendação é manter a dinâmica natural das populações de abelhas existentes ao não introduzir abelhas de outras regiões.
“A prática de transporte de colônias de abelhas sem ferrão é delicada e deveria ser regulamentada e controlada”, afirmou Jaffé. “O transporte de colônias pode ser permitido dentro da área de distribuição natural de uma espécie, desde que as colmeias sejam saudáveis e as populações sejam previamente avaliadas”, apontou.

De acordo com ele, um dos possíveis impactos causados pelo transporte não controlado de colônias de uma região para outra é a introdução de doenças em lugares onde não existiam.

Outro problema é a perda de populações de abelhas até então isoladas, que estavam adaptadas às condições climáticas e ambientais de seus habitats naturais, e que podem desaparecer com a chegada de novas populações.
“A introdução de abelhas de um determinado lugar em outro pelo transporte de colônias tem causado a perda da diferenciação genética que existia entre as abelhas desses dois lugares diferentes”, apontou Jaffé.

Dispersão limitada
Estima-se que as abelhas sem ferrão são particularmente suscetíveis à degradação ambiental em razão de sua dispersão limitada.

As colônias-filhas das abelhas sem ferrão se estabelecem próximas às colônias-mães porque dependem de recursos de seus entes maternos durante seus estágios iniciais de desenvolvimento.

A dispersão limitada desse grupo de abelhas, que são essenciais para a reprodução de muitas espécies de plantas e polinizadores críticos para diversas culturas agrícolas, torna-as particularmente sensíveis a mudanças no uso da terra, como as provocadas por desmatamento, explicou Jaffé.
“Se uma área de floresta primária é desmatada, as abelhas que habitavam aquele local terão dificuldade de se deslocar para outra região e encontrar outro habitat em razão de sua dispersão limitada”, estimou o pesquisador.
Estudos anteriores estimavam que a degradação dos habitats naturais também poderia dificultar o fluxo de genes das abelhas sem ferrão e conduzir ao esgotamento da diversidade genética, aumentando o risco de extinção de populações desses animais. E que a topografia, temperatura e níveis de precipitação também poderiam influenciar os padrões de diferenciação genética das populações de abelhas.
Os pesquisadores verificaram durante o estudo, contudo, que os fatores ambientais e o desmatamento não tiveram efeito sobre a diferenciação genética das espécies de abelhas analisadas.
“Essas espécies de abelhas sem ferrão estão conseguindo se dispersar e manter fluxo genético através de diferentes gradientes altitudinais, padrões de temperatura e de precipitação e em áreas desmatadas”, afirmou.
Essa constatação sugere que para assegurar a conservação dessas espécies de abelhas sem ferrão não é tão importante manter a conectividade entre as populações, uma vez que já estão conectadas, mesmo em áreas desmatadas. Mas, sim, promover a manutenção e a recuperação de ambientes “amigáveis” aos polinizadores – onde existam recursos suficientes para o estabelecimento das colmeias e a alimentação das abelhas–, apontou Jaffé.
“Uma vez que essas abelhas conseguem se dispersar por ambientes heterogêneos, elas precisam de ambientes com recursos suficientes para estabelecer seus ninhos e de flores para se alimentar de seu néctar”, afirmou.
O artigo “Beekeeping practices and geographic distance, not land use, drive gene flow across tropical bees” (doi: 10.1111/mec.13852), de Jaffé e outros, pode ser lido na revista Molecular Ecology em onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/mec.13852/abstract;jsessionid=6ABAA791F75815FE8EA88AF8AEC8DAC7.f01t02. 

 

Relatório da IPBES alerta para as consequências da extinção de polinizadores

26 de fevereiro de 2016

Karina Toledo | Agência FAPESP – Um número crescente de espécies de animais polinizadores está ameaçado de extinção em todo o mundo em decorrência de fatores como mudança no uso da terra, uso indiscriminado de pesticidas e alterações climáticas.

Caso não sejam adotadas medidas para reverter o quadro, as consequências para a economia global, a produção de alimentos, o equilíbrio dos ecossistemas e a saúde e o bem-estar humanos poderão ser desastrosas.

Em todo o mundo, 90% das espécies de plantas silvestres e 35% das lavouras dependem, em algum grau, do serviço de polinização de vertebrados e invertebrados.

 

 

O alerta foi feito por especialistas da Plataforma Intergovernamental de Biodiversidade e Serviços Ecossistêmicos (IPBES) no relatório “Polinização, polinizadores e produção de alimentos”, divulgado hoje durante a 4ª Sessão Plenária da IPBES, em Kuala Lumpur, na Malásia.

O processo de elaboração do documento foi coordenado ao longo dos últimos dois anos pelo britânico Simon G. Potts, professor da Universidade de Readings, no Reino Unido, e pela brasileira Vera Lucia Imperatriz Fonseca, professora sênior do Instituto de Biociências da Universidade de São Paulo (IB-USP) e membro do Programa FAPESP de Pesquisas em Caracterização, Conservação, Restauração e Uso Sustentável da Biodiversidade (BIOTA).
“Cerca de 90% das espécies de plantas silvestres dependem, pelo menos em parte, da transferência de pólen feita por animais. Essas plantas são críticas para o funcionamento dos ecossistemas, pois fornecem comida e outros recursos essenciais para uma enorme gama de espécies”, destacou Fonseca.
Segundo Adam J. Vanbergen, pesquisador do Centro de Ecologia e Hidrologia do Reino Unido e coautor do documento, a boa notícia é que há uma série de passos que podem ser seguidos para reduzir o risco aos polinizadores e, por extensão, à saúde das populações humanas em todo o mundo. “O principal deles é buscar uma agricultura mais sustentável, o que envolve a diversificação das paisagens agrícolas e redução do uso de pesticidas”, afirmou em entrevista à Agência FAPESP.

O relatório é o primeiro de uma série de diagnósticos sobre o status da biodiversidade no planeta previstos para serem divulgados pelo IPBES até 2019. A entidade internacional foi criada em 2012 com a função de sistematizar o conhecimento científico acumulado sobre o tema, de modo a subsidiar decisões políticas em âmbito internacional. Atualmente, a plataforma conta com representantes de 124 países-membros da Organização das Nações Unidas (ONU). Paralelamente ao relatório temático, o grupo divulgou um sumário dos principais achados direcionado aos formuladores de políticas públicas.

Pontos de destaque

Mais de três quartos das principais lavouras alimentícias no mundo dependem, em algum grau, dos serviços de polinização animal, seja para garantir o volume ou a qualidade da produção. Algumas dessas espécies vegetais são cruciais para garantir o aporte de vitaminas, minerais e outros micronutrientes essenciais para a saúde humana.

“Entre as espécies cultivadas no Brasil que dependem ou são beneficiadas pela polinização animal podemos destacar açaí, maracujá, maçã, manga, abacate, acerola, tomate e muitas outras frutas, além da castanha-do-pará, do cacau e do café. Soja e canola também produzem mais na presença de polinizadores”, contou Fonseca.
Segundo o relatório, ao todo, 35% das lavouras mundiais dependem de polinização animal. Além das espécies usadas na alimentação humana, há outras importantes para a produção de bioenergia (canola e palma), fibras naturais (algodão e linho), remédios, entre outros elementos que beneficiam as populações.
Estima-se que, atualmente, entre 5% e 8% da produção agrícola global esteja diretamente ligada à polinização animal, o que corresponde a um mercado que varia entre US$ 235 bilhões e US$ 577 bilhões. No Brasil, a riqueza gerada com auxílio dos polinizadores foi estimada em torno de US$ 12 bilhões.

A maioria dos animais polinizadores é silvestre, incluindo mais de 20 mil espécies de abelhas, além de algumas de moscas, borboletas, mariposas, vespas, besouros, trips (insetos da ordem Thysanoptera), pássaros, morcegos e outros vertebrados, como lagartos e pequenos mamíferos.

Entre as espécies que podem ser manejadas pelos agricultores destaca-se a Apis mellifera, conhecida no Brasil como abelha africanizada. Também são bastante empregadas espécies de abelhas sem ferrão, mamangavas e abelhas solitárias (estas não vivem em colônias).

A importância de espécies silvestres e manejadas para a agricultura varia de acordo com o local, sendo que o ideal para a produção agrícola é a combinação entre esses dois tipos de polinizadores.

“Se nos fiamos em apenas uma única espécie polinizadora corremos o risco de essa população se tornar vulnerável a fatores como doenças ou espécies invasoras. Uma estratégia melhor seria empregar polinizadores manejáveis e, ao mesmo tempo, promover condições para a sobrevivência de polinizadores silvestres, como, por exemplo, manter uma área verde ao redor das lavouras na qual existam flores que sirvam de alimento e abrigo para esses animais”, comentou Vanbergen.
Segundo dados da International Union for Conservation of Nature (IUCN), 16,5% das espécies de polinizadores vertebrados estão na chamada “Lista Vermelha”, ou seja, correm risco de extinção global. Embora no caso dos insetos não exista uma Lista Vermelha, avaliações feitas em nível regional e nacional indicam alto nível de ameaça para algumas espécies de abelhas e borboletas – frequentemente, estudos locais indicam que mais de 40% dos invertebrados estão ameaçados.

Na Europa, por exemplo, 9% das espécies de abelhas e borboletas estão ameaçadas. Declínio populacional foi observado para 37% das espécies de abelhas e 31% das borboletas. Segundo Fonseca, no Brasil, há cinco espécies de abelhas em risco de extinção, mas listas regionais podem apresentar um número maior de espécies. “Faltam dados para determinar o número exato de espécies ameaçadas no país. O que sabemos é que as abelhas em geral são muito menos abundantes hoje do que foram no passado”, afirmou.

Principais ameaças e soluções

As atividades humanas estão relacionadas aos principais fatores de risco à sobrevivência dos polinizadores. Entre eles destacam-se as mudanças no uso da terra (quando, por exemplo, uma área florestal é desmatada para dar lugar a pasto, plantações ou área urbana), que na maioria das vezes resulta em fragmentação ou degradação de habitats. Também são citados a agricultura intensiva (monocultura), uso de pesticidas, poluição ambiental, espécies invasoras, patógenos e mudanças climáticas.
Segundo Fonseca, o relatório analisou os dados existentes sobre pesticidas à base de neonicotinoides e os efeitos letais e subletais que produzem nas abelhas. A maioria dos estudos trata de respostas a testes de laboratórios.

“Recentemente, um grande estudo comparativo em campo foi feito na Suécia e demonstrou, pela primeira vez, o efeito negativo sobre os polinizadores silvestres. No entanto, o estudo não confirmou o mesmo impacto sobre as colônias de Apis mellifera da região. Nas prioridades de pesquisas a serem desenvolvidas no Brasil, com relação a ameaças aos polinizadores, este tópico deverá ser contemplado, assim como um levantamento sobre o status de saúde de nossos polinizadores”, comentou a pesquisadora.

O impacto do cultivo de transgênicos, segundo o documento, precisa ser melhor estudado. “Potencialmente, pode haver benefícios, pois plantas transgênicas resistentes a pragas evitariam o uso de agrotóxicos. Mas também pode haver malefícios, pois algumas borboletas polinizadoras são geneticamente muito próximas de espécies consideradas pragas às quais certas plantas transgênicas foram desenvolvidas para matar. Poderiam, portanto, ser afetadas. Há também questões como a possibilidade de escape dos genes introduzidos para populações silvestres de plantas aparentadas geneticamente com a cultura cujas consequências não foram ainda avaliadas”, explicou Breno M. Freitas, professor da Universidade Federal do Ceará e um dos cinco brasileiros que integraram a equipe responsável pelo relatório.

Algumas medidas a serem adotadas na direção de uma agricultura mais sustentável, de acordo com o documento, incluem proteção e restauração de manchas de habitat natural e seminatural em meio à paisagem agrícola; diminuição da exposição dos animais a pesticidas, buscando formas alternativas de controle de praga e novas tecnologias; aprimoramento da criação de polinizadores manejáveis, aumentando sua resistência a patógenos e regulando o comércio e o uso desses animais.

Primeiro do gênero

A elaboração do relatório contou com a colaboração de 77 especialistas, de diversos países, indicados pelos respectivos governos e selecionados pela IPBES com base no perfil científico. Mais de 3 mil artigos científicos publicados em revistas indexadas foram revisados pelo grupo, que também fez uso de outros tipos de documentos, como relatórios governamentais, recursos disponíveis na Internet e conhecimentos locais e indígenas.

“Pela primeira vez, reunimos em um documento as evidências científicas e o conhecimento indígena, bem como as ciências sociais e as ciências biológicas. Tentamos colocar sobre a mesa tudo que é importante saber sobre polinização, polinizadores e produção de alimentos. Países desenvolvidos e em desenvolvimento apresentaram suas perspectivas e contribuíram igualmente para a construção deste relatório”, avaliou Fonseca.
“Participaram desta reunião (4ª Plenária) os representantes dos países-membros da IPBES. Eles agora vão voltar para suas nações e reportar os dados do relatório aos seus respectivos governos. Há boa vontade entre os governos aqui reunidos e sinto que levarão consigo estes achados para tentar implementar soluções”, disse Vanbergen.

“É uma grande emoção ver este diagnóstico aprovado pelos 124 países que constituem a IPBES, não só pelo novo paradigma de qualidade que este trabalho estabelece em relação a diagnósticos globais de biodiversidade e serviços ecossistêmicos, mas também por ter participado ativamente do planejamento, estruturação e definição do escopo deste documento na 2ª Sessão Plenária da IPBES realizada em Antalya, na Turquia, em dezembro de 2013”, afirmou Carlos Alfredo Joly, professor da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), co-chair do Painel Multidisciplinar de Especialistas (MEP, na sigla em inglês) daIPBES e coordenador do Programa BIOTA/FAPESP.
“É a experiência do BIOTA/FAPESP sendo usada em nível global, tanto do ponto de vista do conhecimento científico, com a enorme contribuição da professora Vera Imperatriz Fonseca, como do ponto de vista da interface ciência-política”, acrescentou Joly.

Para Blandina Felipe Viana, professora da Universidade Federal da Bahia e coautora do documento, a experiência foi muito positiva e enriquecedora para todos os participantes. “Os encontros possibilitaram trocas de experiências e estabelecimento de novas parcerias. O Brasil além de ter contribuído com a expertise da sua capacidade instalada, forneceu importantes evidências sobre o papel dos polinizadores na agricultura e opções para uso e conservação desses animais”, contou.
Na avaliação de Freitas, a principal mensagem é que os polinizadores são fundamentais para a alimentação e qualidade de vida humana, bem como para a manutenção da biodiversidade do planeta. “Devemos urgentemente desenvolver políticas públicas que assegurem a conservação e o uso sustentável desses animais.”