Formigas loucas amarelas quebram as regras da reprodução.
Cada formiga macho contém populações separadas de células de duas linhagens genéticas distintas, tornando-as “quimeras”, relatam os pesquisadores na edição de 7 de abril. Ciência. Formigas loucas amarelas (Anoplolepis gracilipes) são as primeiras espécies conhecidas que requerem quimerismo para criar machos férteis.
É “uma resposta elegante aos tipos de sistemas de acasalamento incomuns que observamos em outras formigas”, diz o geneticista evolutivo Waring “Buck” Trible, da Universidade de Harvard, que não participou do estudo. “Podemos considerar isso como o próximo passo evolutivo” nas formigas.
A maioria dos animais se desenvolve a partir de um espermatozóide e um óvulo se unindo em um, combinando seu DNA. À medida que uma criatura cresce, todas as células subseqüentes, exceto as células sexuais, carregam dois conjuntos de cromossomos portadores de DNA, um de cada pai. Em outras palavras, todas essas células somáticas carregam a mesma informação genética. Os espermatozoides e os óvulos contêm apenas um conjunto de cromossomos.
Mas em muitas formigas, junto com outros insetos como vespas e abelhas, apenas as fêmeas possuem células somáticas com pares de cromossomos. Os machos geralmente se desenvolvem a partir de ovos não fertilizados. Portanto, suas células somáticas contêm apenas um conjunto de cromossomos.
Um estudo de 2007, no entanto, descobriu que cerca de metade das formigas amarelas malucas amostradas possuíam duas cópias diferentes dos mesmos genes, assim como as formigas operárias da espécie.
Mas “não fazia sentido que todos os machos dessa espécie fossem diplóides” ou tivessem dois conjuntos de cromossomos em cada célula somática, diz o biólogo evolutivo Hugo Darras, da Universidade Johannes Gutenberg de Mainz, na Alemanha. Quando isso acontece em outras formigas, os machos costumam ser estéreis, diz ele. “Ninguém tinha nenhuma explicação.”
Assim, Darras e seus colegas coletaram centenas de formigas amarelas malucas de todo o leste e sudeste da Ásia. A análise das fêmeas – rainhas e operárias – revelou que a realeza nesta espécie tem uma fonte genética. As rainhas reprodutivas vieram da combinação de espermatozóides e óvulos da mesma linhagem, que os pesquisadores apelidaram de R. As operárias eram híbridas das duas linhagens diferentes, sendo a outra chamada W. Em outras palavras, as operárias tinham genomas R/W, enquanto as rainhas tinham R genomas /R.
Consistente com o estudo anterior, os pesquisadores identificaram machos R/W. Mas eles também descobriram que as células somáticas dos machos têm apenas um conjunto de cromossomos, como em outras espécies de formigas. A extração de DNA de células individuais mostrou que, em vez de ter pares de cromossomos dentro das células, cada célula contém cromossomos de apenas uma das duas linhagens.
Experimentos posteriores descobriram que as células R e W são distribuídas de forma desigual pelos corpos dos machos. Enquanto a maior parte do corpo continha a maioria das células R, quase 75% com base no tecido amostrado, a proporção quase mudou no esperma – 65% eram células W.
As formigas malucas amarelas machos herdam o DNA de W e R. Mas, em vez de serem emparelhados dentro das células, esses genomas permanecem separados e ocupam células diferentes. Essas células W e R são distribuídas de forma desigual por todo o corpo, e essa distribuição difere entre os indivíduos, descobriu uma nova análise genética. Cinco machos representativos (ilustrados) mostram a variação na proporção de células com DNA R ou W encontradas em diferentes tecidos.H. Darras e outros/Ciência 2023As formigas malucas amarelas machos herdam o DNA de W e R. Mas, em vez de serem emparelhados dentro das células, esses genomas permanecem separados e ocupam células diferentes. Essas células W e R são distribuídas de forma desigual por todo o corpo, e essa distribuição difere entre os indivíduos, descobriu uma nova análise genética. Cinco machos representativos (ilustrados) mostram a variação na proporção de células com DNA R ou W encontradas em diferentes tecidos.H. Darras e outros/Ciência 2023Uma vez que tanto os trabalhadores quanto os machos vêm da combinação de espermatozóides W com óvulos R, o sexo depende de seus pacotes de DNA, ou núcleos, se fundirem. A fusão cria uma fêmea. Mas a falha na fusão faz com que os dois núcleos se dividam separadamente dentro do mesmo ovo, produzindo um macho.
Não está claro por que esse modo de reprodução nunca antes visto evoluiu nessas formigas. “Ao se recusar a se fundir com o óvulo, [the sperm] pode ser capaz de aumentar sua produção reprodutiva”, diz Trible. As formigas operárias são estéreis e, portanto, não podem transmitir o genoma W.
“Achamos que talvez seja uma interação entre dois genomas que estão em conflito, mas às vezes cooperam”, diz Darras. Essas linhagens distintas podem ter evoluído independentemente em duas populações de formigas separadas que eventualmente se misturaram. Ou eles poderiam ter começado com genes semelhantes que divergiram ao longo do tempo, acrescenta. “Mas parece que todos os genomas estão separados e não trocam nenhum material genético.”
Este estranho método de reprodução pode ser vantajoso para as populações de formigas, levando a formiga louca amarela ao título de uma das piores espécies invasoras do mundo (SN: 15/09/09). Como a fusão dos núcleos R e W resulta apenas em trabalhadores estéreis, os genomas nunca podem se misturar e passar para a próxima geração. Assim, as formigas evitam qualquer possibilidade de endogamia, característica observada em outras espécies de formigas invasoras (SN: 01/02/11).
Quimeras foram encontradas em outras criaturas, incluindo humanos, mas geralmente é um acidente. As formigas loucas amarelas são as primeiras espécies conhecidas em que o quimerismo determina o sexo. Mas alguns cientistas estimam que existam cerca de 20.000 espécies de formigas, e os sistemas reprodutivos da maioria não foram estudados.
“Este é um sistema muito especial”, diz o biólogo evolutivo Guojie Zhang, da Universidade de Zhejiang, em Hangzhou, na China, que não participou da pesquisa. “A questão seria com que frequência esse sistema pode ser observado em outras linhagens de formigas.”
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