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Complexidade genética está por trás de estrutura social de abelhas
17/05/2015, 4:41 AM
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Estudo internacional compara genomas de dez espécies para saber o que caracteriza grupos complexos

Abelha-melífera (gênero Apis)

Abelha-melífera (gênero Apis)

O surgimento de sociedades nas quais apenas a rainha se reproduz, como as de algumas espécies de abelhas, é um enigma evolutivo tão antigo quanto a própria teoria da evolução: Charles Darwin o considerava um entrave a sua argumentação. Do século XIX para cá muito mudou em como se entende esse sistema altamente ordenado conhecido como eussocialidade, em que a maior parte dos participantes é estéril e divide tarefas como o cuidado aos jovens e outras funções essenciais à manutenção da colônia.

Agora, graças ao barateamento das tecnologias de sequenciamento e análise de genomas, novos avanços permitem comparações do material genético inteiro de várias espécies. É o que fez um grupo liderado pela norte-americana Karen Kapheim, da Universidade do Estado de Utah, em artigo publicado na Science desta semana (15/5). A conclusão principal é que um aumento na complexidade das redes que interligam os genes está por trás da evolução da eussocialidade.

“As espécies mais sociais têm um número maior de sítios de ligação nas regiões que regulam a atividade dos genes”, explica o biólogo Klaus Hartfelder da Universidade de São Paulo (USP) em Ribeirão Preto. Ele e a colega Zilá Luz Paulino Simões participaram do trabalho publicado na Science com outros integrantes do Laboratório de Biologia de Desenvolvimento de Abelhas (LBDA), uma rede que reúne pesquisadores da USP de Ribeirão Preto, da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), da Universidade Estadual Paulista (Unesp) em Jaboticabal e da Universidade Federal de Alfenas.

Em linhas gerais, a maior quantidade de sítios de ligação se traduz em versatilidade e flexibilidade em como a expressão de um gene pode ser modulada, formando redes mais complexas: cada gene está potencialmente conectado a um maior número de outros genes.

De acordo com o pesquisador, essa capacidade de regulação pode ser importante para as variações que acontecem ao longo da vida de uma abelha social que, conforme a idade, vai mudando de função (cuidar das larvas quando mais jovem e buscar alimento quando mais velha, por exemplo). O resultado também explica o que está por trás das redes de genes que o grupo de Ribeirão Preto já vem observando há cerca de três décadas, e distinguem uma abelha operária de uma rainha.

Aumento na complexidade das redes que interligam os genes está por trás da evolução da eussocialidade na estrutura social de abelhas

Aumento na complexidade das redes que interligam os genes está por trás da evolução da eussocialidade na estrutura social de abelhas

O estudo publicado na Science envolveu espécies cujos genomas já vinham sendo estudados e outras sequenciadas especialmente, num total de dez tipos de abelhas com variáveis graus de socialidade – desde solitárias até altamente sociais, passando por níveis intermediários de complexidade na organização. Nessa lista há animais muito diferentes, que vêm evoluindo separadamente há cerca de 60 milhões de anos – as abelhas-melíferas (gênero Apis) e as sem ferrão (Melipononi). Isso é importante porque esses dois grupos representam duas origens independentes da eussocialidade.

A análise comparada desses dez genomas permitiu identificar, em genes responsáveis pela produção de proteínas, assinaturas diferentes nas transições da evolução social. Nas espécies com sistemas sociais mais avançados, os dados indicaram que dois terços dos genes examinados estão mudando rapidamente, o que indica um efeito direcional da seleção natural.

Algumas famílias de genes também parecem estar se diversificando com o aumento da socialidade, como no caso de genes associados à percepção de odores e ao metabolismo de lipídeos. Já genes ligados à detoxificação e defesa contra doenças aparentemente se tornaram mais escassos ao longo da evolução social das abelhas – talvez porque a pressão da seleção natural sobre a imunidade seja menor dentro dos ninhos.

Esses resultados indicam que não há uma receita genética única para a socialidade, novas características devem aparecer a cada novo surgimento desse tipo de organização. A complexidade das redes genéticas, porém, parece ser essencial. Nessa grande comparação, o estudo aponta direções que deverão agora ser investigadas mais a fundo pelos grupos envolvidos.

FAPESP

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COMENTÁRIO NOSSO:

Por Daniel F. Zordan

Não é de hoje que as abelhas surpreendem os cientistas. Estudos realizados com abelhas revelam capacidades e habilidades extraordinárias, tais como:

1 – Reconhecer ou contar rostos humanos; 1

2 – Monitoramento da qualidade do ar; 2

3 – Fazer cálculos matemáticos complexos (Calcular a rota mais curta para chegar até as flores para economizar tempo e poupa gasto de energia, um dos princípios da questão matemática conhecida como “problema do caixeiro-viajante”); 

4- Boa visão (São também capazes de distinguir cores);

5 – Grande memória e inteligência5

O cientista Lars Chittka, afirma que as abelhas precisam fazer cálculos constantemente para criarem rotas menores entre flores para otimizar sua busca por néctar, e encontrar seu caminho de volta para a colmeia. Destaca ainda que para resolver o mesmo tipo de problema, computadores podem levar dias. 6

Como um animal com um cérebro do tamanho de uma cabeça de alfinete pode ser capaz de realizar cálculos e possuir habilidades de extrema complexidade?

Sinceramente, não tenho fé o suficiente para crer que toda essa complexidade originou-se através de geração espontânea + seleção natural + tempo. Pois isso exigiria muito mais fé do que crer em um Designer Inteligente, real e intencional.

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Artigo científico:

a) Karen M. Kapheim, Hailin Pan, Cai Li, Steven L. Salzberg, Daniela Puiu, Tanja Magoc, Hugh M. RobertsonMatthew E. HudsonAarti VenkatBrielle J. FischmanAlvaro HernandezMark Yandell,  Daniel Ence, Carson HoltGeorge D. YocumWilliam P. KempJordi BoschRobert M. Waterhouse,  Evgeny M. ZdobnovEckart StolleF. Bernhard KrausSophie HelbingRobin F. A. MoritzKarl M. Glastad, Brendan G. HuntMichael A. D. GoodismanFrank HauserCornelis J. P. GrimmelikhuijzenDaniel Guariz PinheiroFrancis Morais Franco NunesMichelle Prioli Miranda SoaresÉrica Donato TanakaZilá Luz Paulino SimõesKlaus HartfelderJay D. EvansSeth M. BarribeauReed M. JohnsonJonathan H. MasseyBruce R. SoutheyMartin HasselmannDaniel HamacherMatthias BiewerClement F. KentAmro ZayedCharles Blatti IIISaurabh SinhaJ. Spencer JohnstonShawn J. HanrahanSarah D. KocherJun WangGene E. RobinsonGuojie Zhang  Genomic signatures of evolutionary transitions from solitary to group living” (Science, v. 348, n. 6236. 15 May 2015,  DOI: 10.1126/science.aaa4788)

ABSTRACT

The evolution of eusociality is one of the major transitions in evolution, but the underlying genomic changes are unknown. We compared the genomes of ten bee species that vary in social complexity, representing multiple independent transitions in social evolution, and report three major findings. First, many important genes show evidence of neutral evolution as a consequence of relaxed selection with increasing social complexity. Second, there is no single road map to eusociality; independent evolutionary transitions in sociality have independent genetic underpinnings. Third, though clearly independent in detail, these transitions do have similar general features, including an increase in constrained protein evolution accompanied by increases in the potential for gene regulation and decreases in diversity and abundance of transposable elements. Eusociality may arise through different mechanisms each time, but would likely always involve an increase in the complexity of gene networks.

Referências do comentário:

1. A. Avarguès-Weber, G. Portelli, J. Benard, A. Dyer and M. Giurfa “Configural processing enables discrimination and categorization of face-like stimuli in honeybees” (The Journal of Experimental Biology, 2010 Feb 15, 213(4):593-601. doi: 10.1242/jeb.039263)

2. “At German Airports, Bees Help Monitor Air Quality” (The New York Times, June 28, 2010)

3. Mathieu Lihoreau, Lars Chittka, and Nigel E. Raine “Travel optimization by foraging bumblebees through readjustments of traplines after discovery of new feeding locations” (The American Naturalist, Vol. 176, No. 6, pp. 744-757, December 2010, DOI:10.1086/657042)

4. Eric J. Warrant, Almut Kelber, Anna Gislén, Birgit Greiner, Willi Ribi, William T. Wcislo “Nocturnal Vision and Landmark Orientation in a Tropical Halictid Bee” (Current Biology, vol. 14, Issue 15, p1309–1318, 10 August 2004, DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2004.07.057) [Em PDF: “Ocellar optics in nocturnal and diurnal bees and wasps”]

5. “Intelligence, Sleep and Memory” (Beeologics)

6. “Tiny brained bees solve a complex mathematical problem” (University of London, 25 October 2010)


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