Como as operárias produzem rainhas em Bombus impatiens com o hormônio juvenil

No fim do verão, é fácil notar as rainhas de mamangava. Elas são bem maiores do que as operárias ao redor e costumam se deslocar mais devagar entre as flores.

O curioso é que rainhas e operárias começam do mesmo jeito - a partir de ovos idênticos, com o mesmo ADN.

Há anos, cientistas tentam entender como uma larva se torna rainha, enquanto outra vira uma operária que não se reproduz e tem uma vida mais curta.

Um novo estudo publicado por investigadores da Penn State revelou parte dessa resposta na mamangava-oriental-comum, Bombus impatiens.

O trabalho mostrou que as abelhas operárias têm um papel muito maior na “fabricação” de rainhas do que se imaginava.

O mesmo ADN dá origem a abelhas-rainhas

As colónias de mamangavas funcionam sob um sistema social rígido. As rainhas se reproduzem e fundam colónias. As operárias procuram alimento, cuidam das larvas e defendem o ninho.

Mesmo com diferenças tão marcantes, rainhas e operárias (ambas fêmeas) partilham exatamente o mesmo “projeto” genético.

“Since all these females share the same DNA, it’s a striking example of how the same genotype can produce very different forms,” said Etya Amsalem, the corresponding author of the study.

“It’s also a practical question since bumblebees are important for pollination, so knowing how to produce queens could improve commercial breeding and management.”

Há muito tempo, os cientistas suspeitam que hormonas ajudam a definir qual caminho de desenvolvimento uma larva seguirá. A equipa da Penn State concentrou-se numa hormona chamada hormônio juvenil, muitas vezes abreviado como JH.

A hormona molda os papéis na colónia

O hormônio juvenil desempenha várias funções em insetos. Ele regula o crescimento, influencia a muda (ecdise) e ajuda a determinar o tamanho corporal. Em diversos insetos sociais, incluindo formigas e abelhas-do-mel, níveis elevados de JH já foram associados ao desenvolvimento de rainhas.

Mas, no caso das mamangavas, a explicação ainda não estava clara.

“A single female egg in bumblebees holds the blueprint for two completely different life paths: the giant, reproductive queen or the small, sterile worker,” said Seyed Ali Modarres Hasani, lead author of the study.

“We wanted to understand what triggers the change in the female life trajectory, when it happens, and who controls the process.”

A resposta, afinal, não envolvia apenas as larvas em si, mas também as operárias responsáveis por alimentá-las e protegê-las.

As operárias decidem quais larvas viram futuras rainhas

Para testar o papel da hormona, os investigadores montaram pequenas colónias experimentais com abelhas operárias e larvas fêmeas. Em seguida, aplicaram o hormônio juvenil de diferentes formas.

Em alguns casos, a hormona foi administrada diretamente nas larvas. Em outros, quem recebeu o tratamento foram as operárias que cuidavam delas. O contraste entre os resultados foi grande.

Quando as larvas receberam JH diretamente, elas não se transformaram em rainhas. Já as larvas criadas por operárias expostas à hormona frequentemente desenvolveram características típicas de rainha.

Isso indicou que as operárias atuam como “guardadoras do portão” durante a formação de castas. Em vez de a larva determinar o próprio destino apenas por mecanismos internos, as operárias cuidadoras parecem controlar quem recebe os sinais necessários para virar rainha.

Essa conclusão altera a visão tradicional sobre como o desenvolvimento “real” acontece dentro de uma colónia.

O desenvolvimento depende do momento certo

O estudo também mostrou que o momento é crucial. As larvas só reagiram ao hormônio juvenil numa janela estreita do desenvolvimento, cerca de sete a oito dias após a eclosão.

Antes desse período, a hormona quase não causava efeito. Depois, a oportunidade já tinha passado.

“We also determined that larvae are only sensitive to this hormone on days seven and eight of their development,” Hasani said. “By tracing the juvenile hormone, we saw that workers pass the hormone into the food they make from nectar and pollen.”

Esse período crítico não é igual ao observado em Bombus terrestris, uma espécie europeia próxima. Nela, a determinação de casta acontece muito mais cedo.

Os resultados sugerem que até espécies aparentadas podem seguir calendários de desenvolvimento diferentes para produzir rainhas.

A “produção” de rainhas acontece pela alimentação

Depois, a equipa acompanhou em detalhe como o hormônio juvenil circulava pela colónia. Para isso, usaram uma versão marcada da hormona, o que permitiu rastrear o seu percurso pelos tecidos das abelhas.

A hormona surgiu na hemolinfa das operárias (um fluido semelhante ao sangue). Os investigadores também a identificaram no alimento regurgitado que as operárias produzem para as larvas. Por fim, encontraram a hormona dentro das próprias larvas.

Ou seja: as operárias estavam, literalmente, a alimentar as abelhas em desenvolvimento com a hormona.

O processo lembra a forma como larvas de abelha-do-mel recebem geleia real, embora o mecanismo não seja o mesmo. Em Bombus impatiens, ocorre uma entrega hormonal direta por meio do alimento partilhado pelas operárias cuidadoras.

As larvas respondem aos sinais hormonais

A história ficou ainda mais interessante quando os cientistas analisaram a produção hormonal das próprias larvas.

As larvas expostas ao hormônio juvenil vindo de fora reduziram a sua própria síntese interna da hormona. O organismo parece “perceber” a oferta recebida e reagir diminuindo a produção.

Isso aponta para um sistema de retroalimentação ligado aos níveis hormonais e à glândula responsável por produzir o hormônio juvenil.

Em vez de um simples interruptor que liga ou desliga o desenvolvimento de rainha, o processo parece ser altamente regulado e dinâmico.

As operárias controlam a produção de rainhas

O estudo também levanta uma questão sobre quem, de facto, manda numa colónia de mamangavas.

Em algumas espécies, as rainhas exercem forte influência sobre a determinação de castas. Remover a rainha pode fazer com que muitas larvas passem a desenvolver-se como futuras rainhas. Mas Bombus impatiens não funciona assim.

Segundo estudos anteriores citados pelos autores, retirar a rainha de uma colónia não provoca automaticamente a produção de novas rainhas. Os novos dados reforçam a ideia de que as operárias controlam grande parte do processo.

Em vez de uma monarquia centralizada, esta espécie pode operar por decisões coletivas das operárias.

As colónias preparam a próxima estação

A produção de rainhas também acompanha o ciclo sazonal da colónia. Perto do fim da estação, as colónias começam a produzir novas rainhas e machos antes da chegada do inverno.

“Every colony will produce many new queens at the end of the season,” Amsalem said.

“These queens will leave the colony, mate and go into winter diapause, and then each queen will start a new colony in the next spring.”

“In that sense, producing as many queens, and males, at the end of the season is the ultimate purpose of the colony.”

Operárias mais velhas aumentam a oferta de hormona

As próprias operárias mudam à medida que a colónia envelhece. Operárias mais velhas podem ativar os ovários e começar a produzir machos, uma alteração associada ao aumento dos níveis de hormônio juvenil.

“Bumblebee workers do not reproduce when the colony is young, but they can activate their ovaries and produce males as the colony ages, which causes an increase in juvenile hormone levels,” Amsalem said.

“As a result, over time, they feed larvae more of the hormone. When enough workers do this simultaneously, usually towards the end of the season, larvae receive doses that are high enough during the critical window to develop into queens.”

Como isso pode ajudar a proteger as mamangavas

As mamangavas são polinizadoras importantes de plantas nativas e de culturas agrícolas, mas muitas populações estão em declínio.

Entender como as colónias produzem rainhas pode ajudar cientistas a melhorar programas de criação e a apoiar a conservação dessas abelhas.

O estudo também ilustra como a evolução reaproveitou uma hormona antiga dos insetos para novas funções sociais.

Em Bombus impatiens, as operárias determinam quais larvas se tornarão rainhas ao alimentá-las com sinais hormonais no momento certo.