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Un solo gen para la recepción del aroma separa dos especies de abejas orquídeas


Una abeja orquídea macho se desliza alrededor de la selva tropical, un destello de verde iridiscente sobre un fondo igualmente esmeralda. La abeja se detiene en varias flores, hongos y árboles muertos, recolectando partículas fragantes y almacenándolas en los bolsillos de sus patas traseras. Luego, se posa en el tronco de un árbol. Pero la abeja no descansa. En cambio, revolotea, usando sus alas para dispersar un ramo de perfumes en el aire.


por Greg Watry, UC Davis


Los esfuerzos aromáticos son para atraer a una pareja.

«Sabemos que muchos animales producen feromonas y generalmente las producen a través de alguna vía metabólica», dijo el profesor asociado Santiago Ramírez, Departamento de Evolución y Ecología de UC Davis. «Pero las abejas orquídeas son únicas, ya que la mayoría de sus feromonas se recolectan de plantas y otras fuentes como los hongos».

Las abejas orquídeas son grandes perfumistas, y la investigación sugiere que los perfumes que los machos inventan son únicos para su especie específica . Durante años, Ramírez, miembro del Centro de UC Davis para Biología de la Población, y reciente doctorado El estudiante graduado Philipp Brand, del Grupo de Graduados de Biología de Población, ha estudiado los comportamientos de apareamiento de las abejas orquídeas, desentrañando los químicos complejos responsables de la procreación exitosa. La investigación les ha dado una visión sin precedentes de la formación de nuevas especies. Y el motor de la divergencia: perfumes ambientales.

En un estudio que aparece en Nature Communications , Brand, Ramírez y sus colegas vinculan la evolución de la señalización sexual en las abejas orquídeas a un gen que ha sido moldeado por las preferencias de perfume de cada especie.

«Nuestro estudio respalda la hipótesis de que en el sistema de comunicación del perfume de la orquídea abeja, la química del perfume masculino y la preferencia femenina por la química del perfume pueden evolucionar simultáneamente a través de cambios en un solo gen receptor», dijo Brand, cuya tesis fue la base del estudio. .

«Imagina que tienes una especie ancestral que usa ciertos compuestos para comunicarse entre sí», dijo Ramírez. «Si tiene un canal de comunicación química y luego ese canal de comunicación química se divide en dos canales separados, entonces tiene la oportunidad de formar dos especies separadas».

Un fragante asiento de primera fila para la evolución

De las 250 especies de abejas orquídeas, la investigación de Brand y Ramírez se centró en Euglossa viridissima y el dilema Euglossa , dos especies separadas previamente clasificadas bajo un solo nombre científico. Se separaron hace aproximadamente 150,000 años. Física y genéticamente, estas dos especies son casi indistinguibles, pero afortunadamente, viven principalmente en rangos no superpuestos en América Central y América del Sur, con cierta superposición en la península de Yucatán en México.

«Esta es una distribución ordenada para el estudio de la formación de especies porque revela que la variación que observamos no es solo el producto de la variación geográfica, y cuando las dos especies coexisten, aún permanecen como especies separadas, a pesar de que experimentaron hibridación en el pasado reciente «, dijo Ramírez. «Cada especie está ocupando un nicho único en el espacio químico».

Un solo gen para la recepción del aroma separa dos especies de abejas orquídeas.
Para atraer a una pareja, las abejas orquídeas macho recogen aromas de la flora de su entorno. Luego dispersan ese perfume, que almacenan en bolsillos en sus patas traseras. Crédito: Thomas Eltz

E. viridissima y E. dilemma son en realidad más fáciles de distinguir por las diferencias químicas de sus perfumes. Usando la cromatografía de gases y la espectrometría de masas, los investigadores separaron y analizaron cada compuesto químico en un perfume tentador de una orquídea macho. Entre los perfumes de E. viridissima y E. dilemma , la diferencia se redujo a dos moléculas. El perfume de E. viridissima contiene una molécula llamada 2-hidroxi-6-nona-1,3-dienilbenzaldehído (HNDB), y el E. dilema contiene una lactona llamada L97.

«Encontramos las abejas agrupadas en dos nubes en función de la presencia de estos compuestos principales, lo que sugiere que cada una de ellas corresponde a una especie separada de abeja orquídea», dijo Ramírez.

Según Ramírez, esto significa que estos perfumes similares a feromonas no solo son diferentes entre las especies, sino que probablemente influyeron en su divergencia original.

«Tiene sentido, ¿verdad?» dijo Ramírez. «Si tiene una señal química que es diferente y, por lo tanto, no va a aparearse con aquellos que tienen una señal diferente, eso ayudará a mantener las especies separadas entre sí».

Señales de olor: sigue tus antenas

Después de analizar los genomas de E. viridissima y E. dilema , Ramírez y sus colegas destacaron las diferencias en un grupo de genes relacionados con el olfato . En las abejas orquídeas, estos genes se expresan en sus antenas, lo que les permite detectar moléculas en el aire. Los investigadores identificaron el gen del receptor olfativo 41 (OR41) como diferente entre las dos especies.

«Ese gen ha acumulado muchos cambios entre estas dos especies, lo que sugiere que esos cambios son responsables de la recolección de diferentes compuestos de perfume», dijo Ramírez. «La idea aquí es que a medida que estos genes olfativos evolucionan y acumulan nuevas mutaciones, son más sensibles a las diferentes moléculas y, por lo tanto, permiten a las abejas recolectar o no ciertos compuestos».

Según Brand, tales diferencias en un solo gen son extremadamente raras. «Por lo general, las regiones genéticas divergentes, también llamadas» islas genómicas de divergencia «, incluyen decenas a cientos de genes y es muy difícil determinar el gen que se está seleccionando», dijo.

Son las rodillas de la abeja (o genes)

Para averiguar qué moléculas detectan las dos especies de abejas orquídeas usando OR41, Brand y Ramírez usaron otro insecto en el aire, la mosca de la fruta ( Drosophila melanogaster ).

Un solo gen para la recepción del aroma separa dos especies de abejas orquídeas.
E. viridissima y E. dilemma, las abejas orquídeas estudiadas, son más fáciles de distinguir por las diferencias químicas de sus perfumes que por la apariencia física. Crédito: Thomas Eltz

«Creamos estas moscas transgénicas que expresan genes de abejas orquídeas y es una configuración ideal para diseccionar exactamente cuál es la función de este gen», dijo Ramírez.

El equipo probó la variante OR41 de cada especie contra olores únicos y mezclas de olores que se encuentran comúnmente en el entorno de las abejas orquídeas.

Cuando el equipo probó los olores contra la variante OR41 de E. viridissima , descubrió que respondía a las mezclas de perfume que se encuentran en las ceras utilizadas para la construcción de células de cría por las hembras y a «varios ácidos grasos de cadena media a larga» comunes en las ceras. La variante no respondió a olores compuestos únicos.

La variante OR41 de E. dilemma respondió consistentemente al compuesto HNDB específico de la especie y a las mezclas de perfume de E. dilemma que contienen HNDB.

«La variante OR41 en el dilema de E. evolucionó para convertirse en un receptor altamente específico que respondía exclusivamente a su compuesto de perfume principal específico de especie «, dijo Brand. «Es plausible que E. dilemma haya ganado la capacidad de discriminar HNDB de otros químicos debido a esto».

Brand ha continuado explorando los sistemas quimiosensoriales de insectos como investigador postdoctoral en el laboratorio de la profesora asociada Vanessa Ruta, de la Universidad Rockefeller. Está trabajando «para identificar mecanismos genéticos y neuronales clave que subyacen a la evolución del comportamiento».

«Me estoy centrando en los comportamientos reproductivos como el cortejo y el apareamiento y cómo estos evolucionan y contribuyen al origen y mantenimiento de especies nuevas», dijo Brand

«Para mí, la integración total de los campos tradicionalmente separados de la neurobiología y la biología evolutiva es el próximo gran paso para aprender cómo los comportamientos divergen y dan lugar a especies nuevas», agregó.

Ramírez también ha establecido la primera población reproductora de abejas orquídeas en un centro de investigación en la Universidad de Florida, Ft. Campus de Lauderdale. Ramírez espera usar la instalación para continuar estudiando los comportamientos de las abejas y ver si las abejas orquídeas son una opción viable para la investigación en profundidad en comunicación química, comportamiento animal y biología de la polinización.


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