Uma abelha está fazendo um exército de clones imortais graças a um acaso genético

 Uma abelha se clonou milhões de vezes nas últimas três décadas.

Uma abelha está fazendo um exército de clones imortais graças a um acaso genético
O operário do Cabo foi mostrado para clonar-se milhões de vezes. (Crédito da imagem: Shutterstock)

Quando as colmeias da abelha-das-planícies africanas(Apis mellifera scutella) entram em colapso, elas o fazem por causa de uma ameaça interna invisível: o crescente exército de clones imortais de uma subespécie de abelhas rival.

Esse exército é possível porque as trabalhadoras da subespécie rival — a abelha sul-africana do Cabo (Apis mellifera capensis) — podem criar cópias perfeitas de si mesmas, com um indivíduo que o fez milhões de vezes nas últimas três décadas. Com essa habilidade de clonagem perpétua, as abelhas do Cabo entram nas colmeias de seus rivais de abelhas da planície e produzem cópia após cópia (não há necessidade de uma rainha). Pior ainda, esses clones são aproveitadores, recusando-se a fazer qualquer trabalho.

Agora, um novo estudo revelou os fundamentos genéticos da estranha e formidável adaptação. Ao contrário da maioria dos animais, e até mesmo de sua própria rainha, as trabalhadoras não reembaralham o DNA dos ovos que colocam. Isso permite que os trabalhadores recriem consistentemente uma cópia perfeita de si mesmos — um clone — cada vez que se reproduzem. De acordo com os pesquisadores, o sidetepping deste processo de ressarfiamento de DNA é diferente de tudo o que eles já viram.

"É incrível. Também é incrivelmente disfuncional", disse o autor principal Benjamin Oldroyd, professor de genética comportamental na Universidade de Sydney, referindo-se ao fato de que a reformulação normalmente é necessária para manter os cromossomos juntos durante o processo de fabricação de ovos. "No entanto, de alguma forma eles conseguiram fazê-lo [ainda colocar ovos]. É insano. Eu nunca ouvi falar de nada como isso antes, em qualquer lugar.

Trabalhadores de abelhas e outros insetos sociais têm a capacidade de se reproduzir através de uma forma de reprodução assexuada chamada parthenogênese tetokous, na qual as fêmeas produzem descendentes fêmeas a partir de ovos não fertilizados. Cada vez que ela cria filhos, a abelha trabalhadora de pais solteiros replicará os cromossomos que recebeu de seus pais (uma rainha e um drone masculino) em quatro. Em seguida, ela pega o material genético de todos os quatro cromossomos, reembaralha-o e cria quatro cromossomos com esse DNA misturado através de um processo chamado recombinação. Esta reformulação garante que, mesmo com apenas um dos pais, os futuros filhos serão geneticamente distintos.

No entanto, como apenas dois cromossomos dos quatro são colhidos e nenhum novo material genético é introduzido por um parceiro sexual, isso leva a uma perda média de um terço da diversidade genética cada vez que o embaralhamento é realizado, ou a cada geração, disse Oldroyd. Após apenas algumas gerações de reprodução partenogenética, a perda acumulada de material genético leva a níveis de diversidade genética que são baixos o suficiente para serem letais.

A maioria dos insetos sociais, portanto, dependem de uma rainha que se reproduz sexualmente em seu nome. Em troca, os trabalhadores geneticamente diversos mantêm a saúde da colônia e protegem a ninhada de seus irmãos e primos intimamente relacionados.

"É como em uma sociedade humana, temos essa tensão entre o que é bom para o indivíduo e o que é bom para a sociedade, e criamos todas essas normas sociais que nos permitem funcionar", disse Oldroyd. "Nas sociedades de abelhas, uma das coisas que evoluiu para suprimir o comportamento egoísta é [que] os trabalhadores geralmente não podem colocar ovos."

Isso é principalmente verdade para a abelha do Cabo, que em geral cumpre as regras habituais de reprodução de insetos sociais, de acordo com Oldroyd. Mas os trabalhadores de abelhas do Cabo têm uma mutação genética que lhes permite colocar ovos partenogeneticamente com todo o material genético dos quatro cromossomos (para que eles não joguem fora nenhum desses cromossomos de alguma forma). Com essa habilidade, eles podem evitar a perda imediata da diversidade genética causada pelo processo de ressarcimento. Isso permite que eles se clonem sempre que quiserem por décadas, mesmo que a clonagem a longo prazo leve a uma população que, no geral, não tem diversidade genética.

Essa superpotência de clonagem coloca as colônias em um ponto de equilíbrio muito mais fino entre o individualismo e a socialidade. E se eles virarem, podem estar em risco de extinção, de acordo com os pesquisadores.

Para entender como os clones podem criar milhões de cópias de si mesmos e ainda permanecer funcional, Oldroyd e sua equipe compararam os genomas dos trabalhadores da abelha do Cabo com os de sua rainha e sua prole.

Depois de forçar a rainha do Cabo a se reproduzir assexualmente, encaixando-a com fita cirúrgica que a impedia de acasalar, a equipe examinou certas sequências de DNA da rainha do Cabo e das 25 larvas que ela produziu. Então, eles fizeram o mesmo para quatro trabalhadores de abelhas do Cabo e suas 63 larvas.

A equipe descobriu que a prole sexualmente reproduzida da rainha tinha níveis de recombinação (mistura de DNA) 100 vezes maior do que os descendentes clonados geneticamente idênticos dos trabalhadores — um achado que sugere que as abelhas trabalhadoras do Cabo desenvolveram uma mutação que previne a recombinação. Sem o risco de uma perda de um terço do material genético causada pelo processo de ressarcimento assexual, os trabalhadores são livres para criar continuamente cópias perfeitas de si mesmos.

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A capacidade dos trabalhadores de clonar à vontade coloca suas colônias em uma posição muito mais precária, especialmente quando a rainha sai ou morre e a velha ordem social entra em colapso. Em vez de gastar energia para colocar a colônia de volta em seus pés, os trabalhadores se dedicarão a esquemas egoístas — como encontrar maneiras de colocar seus clones em posições de poder.

"Se você levar a rainha embora, por exemplo, em vez de criar uma nova rainha como outras espécies de abelhas poderiam, essas abelhas começarão a colocar ovos sozinhas", disse Oldroyd. "Há também células, chamadas células rainhas, onde a rainha põe os ovos contendo futuras rainhas. É perfeitamente possível para um trabalhador voar de outra colônia, ou um dos trabalhadores existentes naquela colônia para vir e substituir esse ovo rainha por um de seus ovos clones. Dessa forma, eles podem ser geneticamente reencarnados como uma rainha.

Mas uma linhagem de trabalhadores do Cabo de Abelhas levou esse comportamento socialmente parasitico ainda mais, ao ponto de não precisarem mais de uma rainha, e eles só existem tomando conta das colmeias da abelha-baixa africana. Membros pertencentes a um único ramo de clones desonestos Trabalhadores de abelhas do Cabo entram escondidos em colmeias de abelhas africanas, que são comumente usadas para fins agrícolas, e colocam o máximo de ovos que puderem, o que as abelhas africanas da planície confundem com suas próprias e traseiras.

O clone parasita As larvas de abelhas do Cabo estão neste ardil, até mesmo enviando sinais para seus infelizes hospedeiros para alimentá-los o máximo possível. Este comportamento cuco permite que eles cresçam seus corpos e seus ovários quase do tamanho de uma rainha.

"Os clones de abelhas do Cabo não fazem nenhum trabalho dentro dessas colmeias porque se tornaram reprodutivos", disse Oldroyd. "Eles apenas andam por aí com essa atitude como, 'Sim, você vai trabalhar para mim.' Isso rapidamente leva ao colapso da colmeia. Como indivíduos, esses clones são bastante disfuncionais, então você esperaria que eles se esgotassem. Mas eles são muito parecidos com as células de um tumor a esse respeito - não importa se cada clone é saudável, desde que o suficiente deles esteja por perto para explorar o hospedeiro."

Os trabalhadores do Cabo que participam desse comportamento parasita são descendentes geneticamente idênticos de um único trabalhador que viveu em 1990, segundo Oldroyd. Esta única linhagem de clones é responsável pelo colapso de 10% das colônias africanas de abelhas baixas todos os anos.

Agora que os pesquisadores têm um controle sobre como os trabalhadores podem realizar seu bizarro truque de clonagem, eles querem descobrir como as rainhas podem ligar o gene que permite a recombinação e como os trabalhadores podem desligá-lo. Eles também querem investigar as colmeias africanas parasitizadas pelos trabalhadores do Cabo de Abelhas, para descobrir o que desencadeia o colapso da colmeia.

Os pesquisadores publicaram suas descobertas em 9 de junho na revista Proceedings of the Royal Society B.





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