Los comportamientos colectivos están presentes en muchos grupos de animales diferentes: cardúmenes de peces que nadan juntos en un patrón de remolino, grandes bandadas de pájaros que migran durante la noche, grupos de abejas que coordinan su comportamiento para defender su colmena.
por Shelby Lawson, Universidad de Illinois en Urbana-Champaign
Estos comportamientos se ven comúnmente en insectos sociales donde miles de individuos trabajan juntos, a menudo con roles distintos. En las abejas melíferas, el papel que desempeña una abeja en la colonia cambia a medida que envejecen. Las abejas más jóvenes realizan tareas dentro de la colmena, como cuidar y construir cera, mientras que las abejas más viejas hacen la transición a funciones fuera de la colmena, ya sea buscando comida (recolectoras) o defendiendo la colonia (soldados ) .
Se desconoce qué determina si las abejas más viejas se vuelven recolectoras o soldados, pero un nuevo estudio publicado en Nature Ecology and Evolution explora los mecanismos genéticos que subyacen al comportamiento colectivo de defensa de la colonia y cómo estos mecanismos se relacionan con la agresión general de la colonia.
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«Las abejas melíferas no tienen una división del trabajo basada en el tamaño, como se puede ver en las termitas o las hormigas», dijo Ian Traniello, exestudiante graduado de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign, ahora investigador asociado en la Universidad de Princeton y primer autor. sobre el estudio
«Si le pides a alguien en la calle que adivine qué hormiga es una soldado o una recolectora, probablemente acertará el 100 % de las veces, porque las hormigas soldados son enormes. En cambio, las abejas melíferas tienen una división del trabajo basada en la edad, donde las abejas más viejas tienden a ser recolectoras o soldados, los cuales son roles peligrosos y potencialmente letales».
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Un estudio de asociación de todo el genoma realizado previamente en una subespecie de abeja melífera en Puerto Rico que había evolucionado para ser menos agresiva en los últimos años, reveló fuertes asociaciones entre la variación en la secuencia de algunos genes y el nivel de agresión general de la colonia. Los investigadores llamaron a estos «genes de agresión de colonias».
En el estudio actual, los investigadores compararon la expresión y regulación de genes en los cerebros de soldados y recolectores, y en colonias que variaban en agresividad. Los investigadores midieron la agresividad de la colonia contando el número de picaduras en parches de gamuza colocados fuera de las colmenas después de una perturbación.
Identificaron a los soldados como las abejas que atacaron los parches y a los recolectores como las abejas que regresaron a la colmena con el polen. Luego, los investigadores utilizaron la transcriptómica unicelular y el análisis de redes reguladoras de genes para comparar los cerebros de abejas forrajeras y soldado, de colonias de baja y alta agresión.
Los investigadores encontraron que, aunque había miles de genes en el cerebro que diferían en su expresión entre soldados y recolectores, ninguno de ellos formaba parte de la lista de genes de agresión de colonias. Sin embargo, cuando crearon modelos de redes reguladoras de genes cerebrales, que controlan cuándo y dónde se expresan genes específicos , los investigadores descubrieron que la estructura de estas redes difería entre los soldados y los recolectores, y las diferencias eran mayores cuando los soldados y los recolectores provenían de un mismo país. Colonia más agresiva.
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«Lo que creemos que está sucediendo es que la regulación de los genes asociados con el comportamiento colectivo afecta los mecanismos que subyacen a la división del trabajo», explicó Traniello. «Entonces, las colonias pueden volverse más o menos agresivas al influir en el nivel de agresión de los individuos dentro de esa colonia. Básicamente, es más o menos probable que un recolector haga la transición a un estado similar al de un soldado si el entorno lo requiere».
Los hallazgos resaltan la importancia de la regulación génica para nuestra comprensión de la relación entre los genes y el comportamiento.
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«Si bien algunos estudios han encontrado posibles diferencias hereditarias entre los soldados y los recolectores , este estudio demuestra que las abejas melíferas más viejas pueden tener el potencial de asumir cualquiera de las funciones», dijo Gene Robinson (GNDP), director de IGB y autor del artículo. «En las colonias que son más agresivas, probablemente debido al mayor peligro en el medio ambiente, las abejas más viejas pueden estar más predispuestas a convertirse en soldados para ayudar a defender la colonia».
Los planes para direcciones futuras incluyen el desarrollo de pruebas funcionales para explorar el papel de las redes de genes identificadas en el estudio y para identificar espacialmente dónde se expresan en el cerebro. Traniello dice que espera explorar estas nuevas preguntas.
«Tenemos tecnologías extraordinarias para sondear genes y comportamientos a una escala sin precedentes, tanto con transcriptómica unicelular como, ahora, espacial», dijo Traniello.
«Estos nos brindan nuevos medios para comprender viejas preguntas, como la relación de individuo a colectivo, o la relación entre genotipo y fenotipo. Es emocionante poder tomar estas herramientas y aplicarlas en contextos naturalistas, y espero que este trabajo inspire a otros. hacer lo mismo.»
Más información: Ian M. Traniello et al, Disección unicelular de agresión en colonias de abejas, Nature Ecology & Evolution (2023). DOI: 10.1038/s41559-023-02090-0
