Animais frequentemente apresentam algum nível de organização social, formando desde casais e famílias, até todos os coletivos que estudamos na escola primária: cardume, bando, alcateia, matilha, manada, etc. O nível mais derivado de organização social é chamado de eusocial e também tem alguns coletivos: colmeias, para abelhas, e colônias, para formigas. A principal característica das eusociedades é a separação entre indivíduos reprodutores, como as abelhas e formigas rainhas, e indivíduos estéreis, como as abelhas operárias e as formigas soldados.
Abelhas, formigas e marimbondos são insetos himenópteros que se tornaram eusociais independentemente. Eles evoluíram de ancestrais similares a vespas solitárias que, ao contrário da maioria dos insetos, cuidavam e alimentavam suas crias em ninhos. O primeiro passo evolutivo teria sido a manutenção de mais de uma geração de adultos no ninho, alguns colocando ovos e outros ajudando a criar as larvas. Esta organização ainda está presente em várias espécies de himenópteros. A eusocialidade teria evoluído quando a maturação sexual das gerações mais jovens foi reprimida, cabendo a um único indivíduo produzir todos os ovos.
Há muitos anos os pesquisadores sabem que a quantidade e qualidade da comida têm um papel importante na divisão entre reprodutores e estéreis. Larvas de abelhas alimentadas com geleia-real, por exemplo, se tornam abelhas rainhas. Mas quais são os mecanismos fisiológicos e moleculares que regulam a diferenciação?
Cientistas trabalhando nos Estados Unidos e na Alemanha compararam todos os genes expressados nos cérebros de indivíduos reprodutores e estéreis de sete espécies de formigas. Eles encontraram que a expressão de um único gene, uma das versões da nossa insulina em insetos, chamada de insulin-like peptide 2 (ilp2), estava aumentada nos indivíduos reprodutores em relação aos indivíduos estéreis das sete espécies analisadas. A insulina regula o metabolismo de açúcar e sua produção tem efeito direto no estado nutricional.
Os pesquisadores então escolheram estudar uma espécie de formiga que não possui formiga-rainha, mas na qual as formigas operárias alternam uma fase não-reprodutiva, em que alimentam as larvas, com uma fase reprodutiva, quando já não há mais larvas na colônia. Eles mostraram que a expressão de insulina em uma região do cérebro das formigas dependia da presença de larvas. Cada vez que as larvas eram retiradas da colônia, aumentava a expressão de insulina no cérebro, resultando na produção de mais ovos. Também mostraram que, quando injetadas com insulina artificial, as formigas passavam a produzir ovos.
Ainda não se sabe como as larvas reprimem a produção de insulina nos adultos, levando à atrofia dos ovários. Mas como as condições nutricionais eram as mesmas, o resultado indica que a via de sinalização de insulina passou a ser usada para a comunicação entre larvas e adultos. Um hormônio que tinha uma função metabólica individual passou a participar na organização social, como se a colônia fosse um superorganismo composto não por células, mas por indivíduos.
A metáfora do superorganismo, explorada tantas vezes pelos estudiosos das eusociedades, ganhou ainda mais força com outro estudo recentemente disponibilizado em BioRxiv, mostrando que a geleia produzida por abelhas rainhas e operárias contém moléculas de RNA ativas que são passadas às larvas durante a alimentação. Quando ingeridas, estas moléculas inibem a produção de certas proteínas até a vida adulta. Como as moléculas de RNA na geleia das operárias são diferentes das moléculas presentes na geleia produzida pelas rainhas, os autores sugerem que elas têm um papel na organização social da colmeia.
Durante a história da vida na terra, seres unicelulares originaram animais compostos por diferentes tipos celulares e cuja reprodução passou a depender de células especializadas. Nesta grande transição evolutiva a seres multicelulares, proteínas previamente existentes passaram a ser usadas para comunicação e adesão intercelular. A emergência de espécies eusociais mostra que neste jogo de reutilização de vias moleculares dá para ir ainda mais longe.
João F. Botelho (Yale University)
Para saber mais:
Chandra V, Fetter-Pruneda I, Oxley PR, Ritger AL, McKenzie SK, Libbrecht R, et al. Social regulation of insulin signaling and the evolution of eusociality in ants. Science. 2018;361(6400):398-402.
Maori E, Garbian Y, Kunik V, Mozes-Koch R, Malka O, Kalev H, et al. A transmissible RNA pathway in honey bees. bioRxiv. 2018.
Peters RS, Krogmann L, Mayer C, Donath A, Gunkel S, Meusemann K, et al. Evolutionary History of the Hymenoptera. Curr Biol. 2017;27(7):1013-8.
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