Formigas que desafiam a biologia – rainhas põem ovos que eclodem em outra espécie

• A formiga-rainha de colheita ibérica (Messor ibericus) apresenta um modo reprodutivo único no qual produz cópias de machos não só da própria espécie, mas também de outra espécie, a formiga-colheitadeira construtora (Messor structor)
• Acredita-se que a rainha armazene o esperma de machos de outra espécie, fecunde os ovos e depois elimine seu próprio material genético, dando origem a clones machos de M. structor
• Como resultado, a rainha produz machos de duas espécies, e todas as operárias são fêmeas híbridas das duas espécies, mantendo a colônia
• Para explicar esse fenômeno, os pesquisadores propuseram o novo termo ‘xenoparity’ e afirmam que se trata de uma descoberta tão radical que pode exigir redefinir o próprio conceito de espécie
• Essa cooperação beneficia ambas as espécies no curto prazo, mas os machos clonados de M. structor podem acumular mutações e se tornar vulneráveis no longo prazo

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Uma descoberta que abala o conceito de espécie

• O conceito clássico de espécie é definido como um grupo capaz de cruzar entre si e gerar descendentes férteis
• Porém, no caso de M. ibericus, a manutenção da colônia é impossível sem cruzamento com outra espécie, o que desafia essa definição tradicional
• Ecólogos observam que “o conceito de espécie precisa ser reconsiderado, já que as duas espécies precisam atuar juntas”

Um modo reprodutivo singular

• A rainha de M. ibericus acasala com machos de M. structor e depois armazena o esperma para uso posterior
• Em alguns ovos, ela aparentemente elimina os próprios genes, passando a produzir clones machos de M. structor
• Assim, a rainha acaba produzindo machos de duas espécies, enquanto as operárias nascem sempre como híbridos fêmeas das duas espécies

O processo de pesquisa e as evidências

• Uma colônia de M. ibericus foi escavada em uma estrada rural nos arredores de Lyon, na França, e foram obtidos 132 machos em 26 colônias
• Machos quase sem pelos foram identificados como M. structor, e os mais peludos como M. ibericus
• Testes de DNA mostraram que os machos das duas espécies compartilhavam o DNA mitocondrial de M. ibericus, confirmando que foram gerados pela rainha
• Os pesquisadores deram a esse fenômeno o nome de ‘xenoparity’
• Após observar mais de 50 colônias de formigas em laboratório por dois anos, a equipe presenciou diretamente o nascimento de machos de M. structor

Contexto evolutivo e dúvidas

• M. ibericus e M. structor são duas espécies que divergiram há mais de 5 milhões de anos e não são parentes próximos
• Isso corresponde a uma separação antiga, comparável ao período em que humanos e chimpanzés se separaram (há 6 a 8 milhões de anos)
• Os cientistas ainda não sabem exatamente por que esse sistema foi mantido, mas estimam que isso ocorra porque há vantagens para ambos os lados

Benefícios mútuos e riscos

• É provável que se trate de uma relação simbiótica vantajosa para ambas as espécies
• Do ponto de vista de M. ibericus:
  • garantia de operárias suficientes (construção do ninho, coleta de alimento, cuidado com as larvas etc.)
  • possibilidade de obter machos de M. structor para novas rainhas
• Do ponto de vista de M. structor:
  • antes restrita a áreas montanhosas limitadas, a espécie pode expandir sua distribuição geográfica à medida que machos clonados se espalham
• Porém, como os machos de M. structor não acasalam entre si dentro da própria espécie e existem apenas em forma de clone, há o risco de acúmulo de mutações genéticas prejudiciais ao longo do tempo
• Por enquanto, trata-se de uma estratégia reprodutiva bem-sucedida no processo de coevolução, mas não está claro se poderá se sustentar no longo prazo

Conclusão

• A descoberta demonstra a diversidade extrema das estratégias reprodutivas que as formigas podem apresentar
• Como disse um pesquisador, “é como se uma espécie colocasse a outra no bolso e a levasse por toda a Europa”; o sistema é estranho, mas neste estágio muito bem-sucedido
• A descoberta é vista como inovadora, capaz de levar a uma reavaliação do conceito de espécie e da teoria da evolução

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Comentários no Hacker News

• Se entendi direito, é realmente impressionante que a rainha de M. ibiricus acasale com machos de M. structor e use o esperma deles para produzir operárias híbridas estéreis; e mais chocante ainda é que essa rainha às vezes também consegue clonar machos geneticamente idênticos aos machos de M. structor, ou seja, é como se ela removesse os próprios genes e criasse um novo macho deixando apenas os genes do macho com que acasalou antes
  • Se você leva a sério a ideia de que os genes são o principal alvo da evolução, então combinações em “ótimo de Pareto” que diferentes genes podem desfrutar acabam sendo encontradas por exploração aleatória
  • Também achei essa parte fascinante. Fico confuso sobre como uma única rainha pode clonar completamente um macho de outra espécie. Normalmente, o esperma do macho deveria ter apenas metade dos genes necessários para a reprodução, mas em formigas a determinação sexual funciona de outro jeito. Pelo material relacionado, machos de formiga têm um conjunto de cromossomos e fêmeas têm dois. Então parece que um único espermatozoide de um macho de formiga já pode formar um macho completo. E entendo a história como: ela produz um óvulo do qual os genes da fêmea foram apagados e, assim, clona a prole usando apenas os genes do macho
  • Também li essa história em outro lugar, mas fiquei muito confuso e não consegui entender direito
  • Formigas realmente são um dos alvos favoritos da natureza para experimentar
  • Na verdade, como os machos de formiga são “haploides” (têm apenas um conjunto de cromossomos), talvez isso não seja tão estranho quanto parece. Claro, ainda assim é um fenômeno incrivelmente fascinante
• Formigas e vespas são organismos que mostram uma diversidade e uma capacidade de adaptação realmente impressionantes. Algumas espécies têm várias rainhas, outras criam pulgões, algumas constroem ninhos do tamanho de nozes e outras fazem ninhos tão grandes quanto o Equador. Há até casos em que parasitam espécies específicas como hospedeiras. Existem formigas que refletem o sol do deserto, formigas que flutuam no rio Amazonas, “formigas-contêiner” cheias de néctar, formigas mecânicas com mandíbulas extremamente poderosas e formigas que fazem pontes com o próprio corpo. A trapaça genética também parece não ter fim, e o mundo biológico é mais empolgante que ficção científica. Se você se interessa por criaturas estranhas e fascinantes, recomendo mergulhar em myrmecology
  • Pelo que eu sabia, achava que as vespas tinham evoluído a partir das formigas, mas talvez seja o contrário
• É um fenômeno realmente impressionante. Insetos sociais (formigas, abelhas etc.) têm muitas tendências estranhas até no modo de determinação sexual. Menos de 1% dos indivíduos de uma colônia consegue se reproduzir, e a grande maioria existe apenas para permitir a reprodução desse 1%. As operárias chegam a se mutilar, se sacrificar e até se suicidar para aumentar em 0,1% a chance de sobrevivência da rainha. Nesse nível, faz sentido enxergar a colônia inteira como um único organismo, porque a noção de indivíduo fica meio borrada
  • A própria evolução também tende a operar não tanto no nível de cada indivíduo isolado, mas no de subgrupos (subespécies ou populações de subespécies). Várias variações genéticas vão se acumulando dentro de subgrupos que trocam reprodução entre si, e quando o ambiente muda drasticamente essas diferenças acumuladas podem se tornar o ponto de bifurcação da sobrevivência. Um exemplo seriam os elefantes-da-floresta e os elefantes-da-savana, que evoluíram por muito tempo em grupos isolados e, depois, mudanças ambientais levaram a resultados diferentes. A explicação de biologia do ensino médio do tipo “girafas com pescoço comprido sobrevivem melhor porque alcançam mais folhas” também é importante, mas a evolução real acontece no nível do grupo/espécie como um todo. Desde que não sejam fatais, variações individuais não têm um impacto tão grande

  • A ideia é “enxergar a colônia inteira como um indivíduo”, mas também não daria para ver cada indivíduo como uma entidade com um objetivo comum?

• Não é muito adequado dizer que a biologia está sendo “desafiada”; o próprio conceito de espécie é extremamente ambíguo e não passa de uma ferramenta humana de classificação. A natureza em si não tem fronteiras nítidas nem “costuras” bem definidas
  • Biologia também é, no fim, um conjunto de conceitos definidos por humanos. No corpo da matéria, a ideia é esta: “O conceito clássico de espécie diz que um grupo de indivíduos com características físicas/genéticas semelhantes deve ser capaz de se reproduzir entre si na natureza, mas aqui são necessárias duas espécies diferentes, então talvez seja preciso repensar o conceito de espécie”. A matéria não fala de “costuras da natureza” nem nada do tipo
• Por um lado, isso soa difícil de acreditar, mas pensando nos vários mecanismos esquisitos da biologia, nem é algo tão absurdo assim. Por exemplo: formar um óvulo, remover o núcleo do óvulo e inserir o núcleo de um espermatozoide armazenado (um ou talvez dois) para iniciar o desenvolvimento clonal — embora o mecanismo exato ainda esteja sendo estudado. Comparando, também existem o fungo que cria formigas zumbis (Ophiocordyceps unilateralis) e o parasitismo de ninhada em que ovos imitam os de outras aves (Brood parasitism). Na verdade, perto desses casos, este até parece menos maluco
• Discussão anterior: comentários relacionados no Hacker News
• Isso me lembra as salamandras Ambystoma. Elas são todas fêmeas e se reproduzem “roubando” o esperma de machos de 3 ou 4 espécies diferentes. Em geral, descartam os genes do macho, mas às vezes os absorvem e criam embriões com conjuntos de cromossomos de várias espécies. Assim, a descendência pode conter genes de até 4 espécies. É um sistema realmente fascinante
• O que torna esta descoberta especialmente interessante é que, no mundo das formigas, é relativamente comum uma espécie perder a capacidade de produzir suas próprias operárias e passar a depender do esperma de outra espécie. Mas, nesse caso, como elas se reproduzem com outra espécie, só conseguem se expandir dentro da área onde essa outra espécie vive. Se conseguissem levar consigo machos dessa espécie e continuar se reproduzindo, poderiam expandir mais longe. E é exatamente isso que esta espécie faz. Quando a rainha recebe esperma da espécie “domesticada”, ela remove dos ovos os genes da “hospedeira” (a rainha), e nasce uma formiga totalmente diferente. Ainda assim, o DNA mitocondrial é sempre herdado da mãe. Os machos “domesticados” e os machos “selvagens” parecem um pouco diferentes, mas ainda não está claro se isso se deve às mitocôndrias ou não. Alguém chegou a chamar esse caso de “organelas celulares de um superorganismo”. Do mesmo modo que uma célula procariótica engoliu bactérias e virou uma célula eucariótica, a formiga também teria incorporado outra espécie e se tornado uma espécie de híbrido. É impressionante pensar quantas outras formas de reprodução e sobrevivência ainda devem existir
• É fascinante que a rainha consiga botar ovos de três tipos: fêmeas híbridas, machos Ibiricus e machos structor. Fico curioso se já fizeram cariotipagem e se os genes da rainha realmente são removidos do óvulo, ou se, quando os genes de structor entram, os genes da rainha apenas ficam silenciados — o que por si só já seria interessante. Talvez seja algum fenômeno complexo de “imprinting”
  • Parece uma Zerg Queen da vida real
• O mundo dos insetos é realmente fascinante. A forma como esses seres coexistem com a natureza também é muito peculiar. Se não existissem insetos, também não existiria natureza