Sam Gregório escreveu este post como um projeto para o Dr. Stacy Krueger-Hadfield Científica do curso de Comunicação na Universidade do Alabama, em Birmingham. Sam ganhou um BS em biologia e BFA em arte de estúdio de Birmingham-Southern College, e atualmente está perseguindo um MS em Biologia na UAB. Ele é fascinado pelos diversos ecossistemas do Alabama, particularmente as comunidades de artrópodes atualmente ameaçadas que servem um papel fundamental nesses sistemas. em um artigo recente, pesquisadores avaliaram sistemas reprodutivos dentro de Cataglyphis, um gênero de formigas do deserto (Kuhn et al., 2020). Dois sistemas incomuns foram observados dentro do gênero. Para entender a reprodução de Cataglyphis, é preciso primeiro entender a reprodução convencional de formigas.a grande maioria das formigas numa colónia são trabalhadores. São fêmeas, mas inférteis. Os trabalhadores crescem a partir dos ovos da Rainha da colônia (Wheeler, 2016). Alguns ovos se desenvolvem em alatos alados-ou rainhas, que são fêmeas férteis, ou machos, que são haplóides e eclodem de ovos não fertilizados (brancos, 1984). Todos os anos, alates voa da colônia em massein em busca de companheiros (Wilson, 1957). Os machos morrem logo após o acasalamento, e rainhas manter o esperma em um órgão especializado (Wheeler & Krutzch, 1994), permitindo-lhes para fertilizar os ovos para o resto de suas vidas, potencialmente décadas em algumas espécies (Keller, 1998). Cada rainha então encontra um lugar seguro para se esconder enquanto seus trabalhadores atingem a maturidade. Em muitas espécies, a rainha cria sua primeira descendência para a idade adulta sem comer (Keller & Passera, 1989).
Este é muito mais do que uma seqüência de fatos divertidos. este paradigma permite que indivíduos não-reprodutivos assumam riscos enquanto rainhas permanecem seguras. Esta estratégia é um fator importante por trás do sucesso evolutivo de Formicidae, a família de formigas, que compreendem uma parte notável da biomassa animal terrestre da Terra (Wilson, 1985). Isto faz das formigas um clado interessante para examinar a evolução dos sistemas reprodutivos. A reprodução incomum cria pressões de seleção únicas, levando subclades a adotar modos reprodutivos ainda mais estranhos (Heinze & Tsuji, 1995).Kuhn et al. (2020) estavam interessados em dois sistemas reprodutivos incomuns vistos no gênero Cataglyphis. Em algumas espécies, as rainhas produzem trabalhadores sexualmente, mas produzem novas rainhas através da fertilização dos seus próprios ovos. Isto é chamado de uso condicional do sexo. Suas colônias são robustas pela variação entre os trabalhadores, enquanto os descendentes reprodutivos recebem apenas o DNA da Rainha (Pearcy et al., 2004).
Outro grupo dentro Cataglyphis se reproduz por meio denominado clonal social hybridogenesis. Estas formigas também usam o sexo condicionalmente, mas uma “espécie” (embora estejamos bem além do ponto em que os conceitos de espécie se decompõem) consiste de duas linhagens genéticas. As rainhas acasalam selectivamente com machos da linhagem oposta para produzir trabalhadores. Estes trabalhadores são diversos e robustos, sem a desvantagem para a fertilidade que muitas vezes vem com hibridação, como os trabalhadores são estéreis de qualquer maneira (Burke & Arnold, 2001; Umphrey, 2006).
para avaliar a história evolutiva destes modos reprodutivos, os investigadores desenterraram colónias de Cataglifis em toda a Europa e no Médio Oriente. Através da genotipagem de rainhas reprodutoras, rainhas não desmatadas e trabalhadores, eles apuraram a estratégia reprodutiva de cada espécie. O haploidy masculino forneceu uma enorme vantagem, uma vez que o genótipo do Pai há muito morto da colônia pode ser inferido dos trabalhadores e da Rainha. Eles então investigaram se uma espécie consistia de múltiplos aglomerados genéticos, e se assim foi, se os aglomerados se entrelaçaram seletivamente (Kuhn et al., 2020).
os investigadores encontraram numerosos casos de hibridogénese social condicional e clonal. Curiosamente, houve precisamente um caso de acasalamento intra-linhagem em uma “espécie” que normalmente sofre hibridogênese (Cataglyphiscretica) (Figura 1). Esta colônia era anormalmente pequena, refletindo potencialmente a vantagem intuitiva do acasalamento entre linhagens (embora um único caso esteja longe de evidências definitivas) (Kuhn et al., 2019).
na filogenia proposta( Figura 2), cada modo reprodutivo surgiu várias vezes, e o uso condicional do sexo parece ser um pré-requisito para a hibridogénese social clonal (Kuhn et al., 2020).
Este estudo lançou mais luz sobre o tema mais amplo das pressões de seleção relacionadas aos modos de reprodução. No entanto, algumas perguntas permanecem sem resposta. Os pesquisadores notam que todos os pares de linhagens hibridogenéticas parecem ter divergido recentemente, apesar da evolução muito menos recente do sexo condicional (Kuhn et al., 2020).
isso poderia indicar que tais sistemas surgem comumente, mas são insustentáveis, já que a homozigosidade crescente destrói a viabilidade da Rainha. Alternativamente, estas linhagens podem não ser totalmente isoladas, com algum baixo nível de fluxo genético ocorrendo (Kuhn et al., 2020). Em qualquer dos casos, mais investigação sobre estes sistemas faria muito para promover a compreensão da evolução reprodutiva.
Burke, J. M., & Arnold, M. L. (2001). Genética e a aptidão dos híbridos. Annual Review of Genetics, 35, 31-52.
Heinze, J., & Tsuji, K. (1995). Estratégias de reprodução de formigas. Researches on Population Ecology, Vol. 37, pp. 135-149.
Keller, L. (1998). A esperança de vida da Rainha e as características das colónias em formigas e térmitas. Insectes Sociaux, 45 (3), 235-246. Keller, Laurent ,& Passera, L. (1989). Tamanho e teor de gordura dos gynes em relação ao modo de fundação das colónias em formigas (Hymenoptera; Formicidae). Oecologia, 80 (2), 236-240.
Kuhn, A., Darras, H., Paknia, O., & Aron, S. (2020). Evolução repetida da partenogénese da Rainha e da hibridogénese social nas formigas do deserto de Cataglyphis. Molecular Ecology, 29: 549-564.
Pearcy, M., Aron, S., Doums, C.,& Keller, L. (2004). Uso condicional do sexo e partenogênese para a produção de trabalhadores e rainhas em formigas. Science, 306 (5702), 1780-1783.
Umphrey, G. J. (2006). Parasitismo de esperma em formigas: seleção para acasalamento interespecífico e hibridação. Ecology, 87 (9), 2148-2159.Wheeler, D. E. (2016). The Developmental Basis of Worker Caste Polymorphism in Ants. The American Naturalist, 138 (5), 1218-1238.
Wheeler, D. E., & Krutzsch, P. H. (1994). Ultraestrutura da espermateca e da glândula associada na Ant Crematogaster opuntiae (Hymenoptera, Formicidae). Zoomorphology, 114 (4), 203-212. White, M. J. D. (1984). Mecanismos cromossómicos na reprodução animal. Bolletino Di Zoologia, 51 (1-2), 1-23.
Wilson, E. O. (1957). The Organization of a Nupcial Flight of the Ant Pheidole Sttarches Wheeler. Psyche( New York), 64(2), 46-50. Wilson, Edward O. (1985). A Sociogénese das colónias de insectos. Science, 228 (4707), 1489-1495.