Este órgão “inútil” determina quais formigas crescem em grandes soldados

As colônias de formigas desenvolveram algumas características coletivas surpreendentes ao longo dos 150 milhões de anos em que elas se arrastaram pela Terra. As formigas-de-fogo ligam-se juntas para fazer jangadas assustadoramente eficazes, por exemplo, e algumas formigas parecem instintivamente construir pontes de formigas perfeitamente eficientes para coletar alimentos.

Esses insetos também parecem ter a capacidade de controlar suas populações, mantendo uma proporção definida de soldados para trabalhadores. Como tais sistemas de castas de formigas surgiram é um mistério para entomologistas, mas um estudo publicado hoje na Nature revela que se uma formiga cresce em um soldado ou um trabalhador tem a ver com um órgão que há muito tempo era considerado inútil - discos de asa.

"Esses sistemas de castas são um dos principais fenômenos inexplicáveis ​​da evolução fenotípica", diz Scott Powell, biólogo em formigas da Universidade George Washington em Washington DC. "Este estudo realmente identifica o principal centro de controle subjacente que produz essas castas."

Os discos das asas, pequenas bolsas de células, estão destinados a se tornarem asas de uma rainha, mas crescem nas larvas e depois morrem durante a metamorfose para produzir soldados sem asas. O estudo mostra que esses discos de asas rudimentares não são tão rudimentares, afinal, afetam o desenvolvimento das larvas de formigas.

"O ponto realmente importante sobre este trabalho é que órgãos rudimentares e estruturas vestigiais, que por muito tempo se acreditava não terem função, poderiam realmente ter importantes papéis de sinalização durante o desenvolvimento", diz o biólogo evolucionista Ehab Abouheif, da McGill University, autor sênior do estudo. novo estudo. (Disclaimer: Eu falei com Abouheif sobre sua pesquisa antes da publicação e ele me incluiu nos agradecimentos do jornal.)

As larvas de soldados em desenvolvimento produzem discos de asa grandes e rudimentares, enquanto as larvas dos trabalhadores não. Previamente pensado para simplesmente morrer durante a metamorfose, os discos de asas aparentemente têm alguma influência sobre o crescimento de outras partes do corpo.

“[Os discos das asas] ficam bem grandes - é surpreendente”, diz Diana Wheeler, bióloga em formigas da Universidade do Arizona, que estuda a determinação de castas de formigas desde os anos 80. “Evidentemente, não é algo que a evolução tenha esquecido de se livrar. Parece que está sendo usado para alguma coisa.

A função aparente dos discos das asas das formigas tem implicações significativas para a história evolutiva do inseto. Antigas formigas produziam colônias com uma rainha alada e uma casta operária sem asas, e subseqüentemente, em várias linhagens independentes, a casta operária se diferenciava em subcastas. Em Pheidole, um gênero hiperdiverso que inclui mais de 1.000 espécies de formigas, a casta operária é dividida em trabalhadores menores e soldados. Soldados têm cabeças desproporcionalmente grandes que usam para defesa e processamento de sementes, enquanto trabalhadores menores compõem de 90 a 95% da colônia e realizam tarefas como criação e forrageamento.

Os estudos de Wheeler da década de 1980 demonstraram que as formigas de Pheidole podem regular a proporção de trabalhadores menores e soldados na colônia. Uma maneira pela qual essa regulamentação funciona é por meio de um feromônio inibitório - um hidrocarboneto cuticular - produzido pelos soldados que suprime o desenvolvimento de soldados em larvas se os soldados excederem aproximadamente cinco por cento da população da colônia.

Para investigar a relação entre os discos de ala e a subcasta de soldado, Abouheif e sua equipe derrubaram um gene chamado vestigial, que faz com que as células do disco da asa morram muito cedo no desenvolvimento. Derrubar o vestígio de larvas destinadas a soldados reduziu o tamanho da cabeça e o tamanho do corpo dos animais, produzindo trabalhadores menores, enquanto derrubar vestigiais em trabalhadores menores não produziu nenhum efeito.

A equipe então levantou larvas destinadas a soldados com populações adultas de 100% de trabalhadores menores ou com 100% de soldados. Com 100% dos trabalhadores menores na colônia, as larvas produziram soldados. Mas com 100 por cento de soldados, emitindo o feromônio de hidrocarboneto cuticular, o tamanho rudimentar do disco da asa das larvas foi significativamente reduzido e produziu formigas adultas com cabeças e corpos menores.

Naturalmente, o fato de os órgãos afetarem o desenvolvimento de outros órgãos dentro do corpo não é novo. Experimentos anteriores em insetos demonstraram que asas em desenvolvimento competem por nutrientes e fatores de crescimento, por exemplo. Danos em uma asa em desenvolvimento podem produzir sinais que atrasam o desenvolvimento em todo o corpo, permitindo que o disco se recupere, de modo que o crescimento possa prosseguir de maneira coordenada.

O que chama a atenção aqui, de acordo com o primeiro autor Rajendhran Rajakumar, é que, em vez de competir, a ala rudimentar realmente promove o crescimento da cabeça na subcasta soldado. “É ainda mais surpreendente com base no fato de que esse tecido não se forma de fato nos adultos. É rudimentar, então nós realmente não esperávamos encontrar o tipo de resultado que fizemos quando o perturbamos ”, diz Rajakumar, que trabalhou no laboratório de Abouheif na McGill e agora é pesquisador em Harvard.

As formigas contrastam com outros insetos sociais, como as abelhas e as vespas, que não evoluíram nos polimorfismos dos trabalhadores. As abelhas operárias e rainhas têm asas, e “se você está fazendo uma asa que deve voar, você não pode brincar muito com seu crescimento, então o crescimento desses discos é muito restrito”, explica Abouheif. Isso pode explicar por que as abelhas operárias, diferentemente das formigas, nunca se diferenciaram evolutivamente em subcastas.

Não há muitos exemplos conhecidos de órgãos rudimentares ou vestigiais que impulsionam a inovação evolutiva. Além dos discos de asa, outra possibilidade intrigante é o ovário de um trabalhador de abelha larval, que é tão grande quanto o de uma rainha durante os primeiros estágios de desenvolvimento. Não está claro por que as larvas de abelhas precisam de ovários, uma vez que nunca se reproduzirão, diz Mary Jane West-Eberhard, uma bióloga desenvolvimentista evolucionária do Smithsonian Tropical Research Institute.

“Então a questão seria: é importante para o desenvolvimento normal do trabalhador ter o ovário presente no início da larva?”, Ela pergunta. Apenas uma investigação futura dirá.

"Espero que este trabalho leve as pessoas a olharem para o que eles pensam dos órgãos vestigiais de uma maneira diferente, e que tentem investigar o que essas coisas estão realmente fazendo, em vez de simplesmente descartá-las como apenas uma sobra", diz Abouheif. "Eu acho que eles estão realmente desempenhando papéis muito maiores do que pensávamos anteriormente."