Expressão gênica determina o comportamento coletivo de abelhas Apis mellifera

Pesquisadores da Universidade Heinrich Heine de Düsseldorf (HHU) estão colaborando com colegas de Frankfurt/Main, Oxford e Würzburg para investigar como o comportamento complexo e cooperativo das abelhas (Apis mellifera) é geneticamente programado de forma que possa ser transmitido às gerações seguintes. Como explicam na revista científica Science Advances, encontraram uma resposta no que é conhecido como gene doublesex (dsx).

Interações comportamentais entre organismos são fundamentais e frequentemente herdadas. Cada ser humano e animal interage com outros indivíduos em seu grupo social de uma maneira ou outra por meio de seu comportamento. No reino animal, isso traz vantagens consideráveis na busca coletiva por alimentos, defesa contra predadores e criação de filhotes.

Em alguns animais, como as abelhas, os laços de comportamento social são tão fortes que os membros individuais formam uma sociedade coesa que funciona coletivamente como um único "superorganismo". Por meio de seus comportamentos individuais, milhares de abelhas operárias protegem a colônia inteira, a alimentam e cuidam da prole.

O Professor Dr. Martin Beye, que lidera o Instituto de Genética Evolutiva da HHU e é o autor correspondente do estudo publicado na Science Advances, enfatiza: "O repertório comportamental das abelhas individuais e sua função na colônia não é aprendido, mas sim herdado. Até agora, não se sabia como comportamentos tão complexos eram codificados geneticamente."

Junto com colegas das universidades de Frankfurt/Main, Oxford e Würzburg, a equipe de pesquisadores da HHU liderada por Beye e pela primeira autora Dr. Vivien Sommer descobriu agora que um gene especial conhecido como dsx especifica o comportamento característico das abelhas operárias.

Sommer explica: "O gene programa se uma abelha operária assume uma tarefa na colônia e por quanto tempo. Isso inclui tarefas coletivas, como cuidar das larvas, buscar alimentos e realizar trocas sociais sobre fontes de alimento, por exemplo."

Os biólogos usaram a técnica de edição genética CRISPR/Cas9 para modificar ou desativar o gene dsx em abelhas selecionadas. Eles anexaram um código QR nas abelhas manipuladas e monitoraram seu comportamento na colmeia com câmeras. As sequências de vídeo resultantes foram analisadas com o apoio de inteligência artificial para determinar os padrões comportamentais individuais das abelhas.

Sommer: "Nossa pergunta central era se e como os padrões comportamentais herdados mudaram como resultado da modificação genética. Essas mudanças devem se refletir no sistema nervoso das abelhas operárias, onde o comportamento específico é controlado."

Os pesquisadores introduziram uma proteína verde fluorescente (GFP) na sequência do gene dsx, de forma que a GFP fosse produzida junto com a proteína dsx. Os circuitos neuronais puderam então ser visualizados usando microscopia de fluorescência, tanto nas abelhas não modificadas quanto nas geneticamente modificadas. "Conseguimos usar essas ferramentas para ver exatamente quais vias neurais o gene dsx cria no cérebro e como esse gene, por sua vez, especifica os padrões comportamentais herdados das abelhas," explica a pesquisadora de doutorado Jana Seiler, que também é coautora do estudo.

"Nossas descobertas indicam um programa genético fundamental que determina a circuitaria neuronal e o comportamento das abelhas operárias," diz o Professor Dr. Wolfgang Rössler, do Departamento de Fisiologia Comportamental e Sociobiologia, que liderou o estudo na Universidade de Würzburg.

Na próxima etapa, os pesquisadores agora desejam passar do nível da abelha individual para o superorganismo da colônia de abelhas. Alina Sturm, que também é pesquisadora de doutorado na HHU e coautora do estudo, acrescenta: "Esperamos encontrar a ligação entre a programação individual e o comportamento coordenado de muitos indivíduos."

Link para a reportagem completa em inglês: https://www.eurasiareview.com/02112024-bee-gene-specifies-collective-behavior/

Link para o artigo completo em inglês: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adp3953