Como abelhas-operárias formam rainhas em Bombus impatiens com a hormona juvenil na Penn State

No fim do verão, as rainhas das mamangavas chamam atenção com facilidade: são bem maiores do que as operárias ao redor e costumam se deslocar mais devagar entre as flores.

Apesar disso, rainhas e operárias começam a vida do mesmo jeito - a partir de ovos idênticos, com o mesmo DNA.

Há anos, pesquisadores tentam entender por que uma larva acaba virando rainha, enquanto outra se torna uma operária estéril, incapaz de se reproduzir e com vida mais curta.

Um novo estudo de cientistas da Penn State revelou parte dessa resposta na mamangava-do-leste comum, Bombus impatiens.

O trabalho indica que as abelhas-operárias têm um papel muito maior na formação de rainhas do que se imaginava.

O mesmo DNA dá origem às abelhas-rainhas

As colónias de mamangavas funcionam com uma organização social bem definida. As rainhas se reproduzem e fundam colónias. As operárias coletam alimento, cuidam das larvas e protegem o ninho.

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

“Como todas essas fêmeas compartilham o mesmo DNA, é um exemplo impressionante de como o mesmo genótipo pode gerar formas muito diferentes”, disse Etya Amsalem, autora correspondente do estudo.

“Também é uma questão prática, já que as mamangavas são importantes para a polinização; então, saber como produzir rainhas pode melhorar a criação comercial e o manejo.”

Há muito tempo, cientistas suspeitam que hormonas ajudem a definir qual caminho de desenvolvimento uma larva seguirá. A equipa da Penn State concentrou-se numa hormona chamada hormona juvenil, frequentemente abreviada como HJ.

A hormona define os papéis das abelhas

A hormona juvenil cumpre várias funções nos insetos. Ela regula o crescimento, influencia a muda e contribui para determinar o tamanho do corpo. Em diversos insetos sociais, incluindo formigas e abelhas-melíferas, níveis elevados de HJ já foram associados ao desenvolvimento de rainhas.

No caso das mamangavas, porém, o quadro ainda era pouco claro.

“Um único ovo fêmea em mamangavas contém o plano para dois caminhos de vida totalmente distintos: a rainha gigante e reprodutiva ou a operária pequena e estéril”, disse Seyed Ali Modarres Hasani, autor principal do estudo.

“Nós queríamos entender o que dispara a mudança na trajetória de vida das fêmeas, quando isso ocorre e quem controla o processo.”

A resposta, ao que tudo indica, envolve não apenas as larvas, mas também as operárias responsáveis por alimentá-las e cuidar delas.

Abelhas-operárias decidem as futuras rainhas

Para avaliar o papel da hormona, os pesquisadores montaram pequenas colónias experimentais com operárias e larvas fêmeas. Em seguida, aplicaram a hormona juvenil de diferentes maneiras.

Em parte dos testes, as larvas receberam a hormona diretamente. Em outros, quem recebeu o tratamento foram as operárias que cuidavam das larvas. O contraste entre os resultados foi grande.

As larvas tratadas diretamente com a hormona juvenil não viraram rainhas. Já as larvas criadas por operárias expostas à hormona frequentemente desenvolveram características semelhantes às de rainhas.

Isso indicou que as operárias funcionam como “guardiãs” durante a determinação de castas. Em vez de a larva definir o próprio destino apenas por mecanismos internos, as cuidadoras parecem controlar quem recebe os sinais necessários para se tornar rainha.

Esse achado altera a visão tradicional sobre como surge a realeza dentro da colónia.

O desenvolvimento depende do momento certo

O estudo também mostrou que o tempo é decisivo. As larvas só reagiram à hormona juvenil dentro de uma janela curta de desenvolvimento, por volta de sete a oito dias após a eclosão.

Antes desse intervalo, a hormona quase não produzia efeito. Depois, a oportunidade se perdia.

“Nós também determinamos que as larvas só são sensíveis a essa hormona nos dias sete e oito do desenvolvimento”, disse Hasani. “Ao rastrear a hormona juvenil, vimos que as operárias passam a hormona para o alimento que produzem a partir de néctar e pólen.”

Esse período crítico não é o mesmo observado em Bombus terrestris, uma espécie europeia próxima. Nela, a determinação de castas acontece bem mais cedo.

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

Formação de rainhas por meio da alimentação

Depois, a equipa investigou com precisão como a hormona juvenil circulava dentro da colónia. Para isso, usou uma versão marcada da hormona, o que permitiu acompanhar o seu percurso pelos tecidos.

A hormona foi encontrada na hemolinfa das operárias (um fluido semelhante ao “sangue” dos insetos). Ela também apareceu no alimento regurgitado que as operárias preparam para as larvas. Por fim, foi detectada no interior das próprias larvas.

Em termos práticos, as operárias estavam alimentando as abelhas em desenvolvimento com a hormona.

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

As larvas reagem aos sinais hormonais

A história ficou ainda mais interessante quando os cientistas analisaram a produção de hormonas pelas próprias larvas.

Quando expostas à hormona juvenil vinda de fora, as larvas diminuíram a síntese interna dessa hormona. O organismo parece “perceber” a entrada do composto e responde reduzindo a produção.

Isso aponta para um sistema de retroalimentação que conecta os níveis hormonais à glândula responsável por produzir a hormona juvenil.

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

Operárias controlam a produção de rainhas

O estudo também levanta uma questão maior: quem, de facto, manda numa colónia de mamangavas?

Em algumas espécies, a rainha exerce forte influência sobre a determinação de castas. A remoção da rainha pode levar muitas larvas a se desenvolverem como futuras rainhas. Mas Bombus impatiens não segue exatamente esse padrão.

Trabalhos anteriores citados pelos autores mostraram que retirar a rainha da colónia não faz, automaticamente, com que a produção de rainhas comece. Os novos resultados reforçam a ideia de que as operárias controlam uma parte relevante do processo.

Em vez de uma monarquia centralizada, esta espécie pode funcionar a partir de decisões coletivas das operárias.

Colónias se preparam para a próxima estação

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

“Cada colónia vai produzir muitas novas rainhas no fim da estação”, disse Amsalem.

“Essas rainhas vão sair da colónia, acasalar e entrar em diapausa de inverno, e então cada rainha vai iniciar uma nova colónia na primavera seguinte.”

“Nesse sentido, produzir o máximo possível de rainhas e machos no fim da estação é o propósito final da colónia.”

Operárias mais velhas aumentam a oferta de hormona

As próprias operárias mudam com o envelhecimento da colónia. Operárias mais velhas podem ativar os ovários e começar a produzir machos - uma transição associada ao aumento nos níveis de hormona juvenil.

“As operárias de mamangavas não se reproduzem quando a colónia é jovem, mas podem ativar os ovários e produzir machos conforme a colónia envelhece, o que causa um aumento nos níveis de hormona juvenil”, disse Amsalem.

“Como resultado, com o tempo, elas alimentam as larvas com mais dessa hormona. Quando um número suficiente de operárias faz isso ao mesmo tempo, geralmente mais perto do fim da estação, as larvas recebem doses altas o bastante durante a janela crítica para se desenvolverem como rainhas.”

Como isso pode ajudar a proteger as mamangavas

As mamangavas são polinizadoras essenciais para plantas nativas e lavouras, mas muitas populações estão em declínio.

Entender como as colónias produzem rainhas pode ajudar a aprimorar programas de criação e apoiar iniciativas de conservação.

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

Em Bombus impatiens, as abelhas-operárias determinam quais larvas se tornam rainhas ao fornecer sinais hormonais no momento certo, por meio da alimentação.