formigas têm quatro a cinco vezes mais receptores de odor do que a maioria dos outros insetos, uma equipe de pesquisadores descobriu.
A equipe de pesquisa, liderada por Lawrence Zwiebel em Vanderbilt, recentemente completou o primeiro mapa completo do sistema olfativo que fornece formigas com seu senso de gosto e olfato. Eles descobriram que os insetos industriais têm genes que fazem cerca de 400 receptores odorantes distintos, proteínas especiais que detectam diferentes odores. Em comparação, as mariposas-da-seda têm 52, as moscas-da-fruta têm 61, os mosquitos variam entre 74 e 158 e a abelha tem 174.
“O momento mais emocionante para mim foi quando a análise voltou mostrando que tínhamos identificado mais de 400 ou genes, o maior número de espécies de insetos conhecidos”, disse Xiaofan Zhou, o Associado de pesquisa que liderou o processo de caracterização. “Isso significava que nós tínhamos dado o primeiro passo para ganhar um novo nível de compreensão do complexo sistema social que fez das formigas uma das famílias mais bem sucedidas do planeta.”
as Pessoas têm sido muito intrigado e inspirado por formigas a capacidade de forma altamente organizada colônias, com a divisão do trabalho, a comunicação entre os indivíduos e a capacidade de resolver problemas complexos. Por algum tempo, os cientistas também sabem que a comunicação química desempenha um papel importante no comportamento das formigas. “Portanto, é razoável a suposição de que esta expansão dramática em odor capacidade de detecção é o que permitiu que as formigas para desenvolver um alto nível de organização social”, disse Laurence Zwiebel, professor de ciências biológicas, que dirigiu o novo estudo, que foi publicado em Agosto. 30 edição da revista PLoS Genetics.a equipe de Zwiebel caracterizou os sistemas olfativos de duas espécies distintamente diferentes de formigas como parte de um projeto interdisciplinar intitulado “Epigenetics of Behavior, Longevity and Social Organization in Ants”, liderado por Danny Reinberg da Universidade de Nova Iorque e financiado pelo Howard Hughes Medical Institute. Em 2010, o projeto sequenciou os genomas das duas espécies-a formiga carpinteira da Flórida (Camponotus floridanus) e a formiga saltadora Indiana (Harpegnathos saltator) – pela primeira vez. Este esforço preparou o terreno para tornar possível o estudo olfactivo detalhado.
O sistema olfativo da maioria dos insetos é centrada em suas antenas e é amplamente feita de três diferentes classes de receptores: receptores de cheiro (Rup), que identificam diferentes compostos aromáticos e feromônios; os receptores gustativos (GRs), que distinguir entre diferentes gostos e reagir a alguns feromônios; e recém-descobertos receptores ionotrópicos de glutamato (IRs), que são estreitamente ligados a vários compostos tóxicos e venenosos. O estudo descobriu que a expansão primária no sistema olfativo da formiga é focada em ORs. O número de GRs e IRs são comparáveis aos encontrados em outros insetos.
a análise automatizada inicial dos dois genomas de formiga encontrou apenas cerca de 100 genes para ORs e dez GRs. “Sabíamos que estes números eram baixos porque os receptores olfativos são muito difíceis de identificar”, disse Zhou. Então ele e seus colegas projetaram um novo processo bioinformático automatizado para este propósito, combinado com uma extensa avaliação manual.
Os pesquisadores também compararam a identidade e níveis de expressão das Rup nas duas espécies e encontradas diferenças significativas. Isso não foi surpreendente porque as duas espécies foram selecionadas para refletir o alto nível de diversidade que existe dentro da família das formigas. Formigas carpinteiras vivem em grandes colônias com rainhas de longa vida que produzem todos os ovos fertilizados. Há duas castas de trabalhadores estéreis. Quando a rainha morrer, a colónia também morre. Formigas saltadoras, pelo contrário, vivem em pequenos grupos, a diferença entre a rainha e os trabalhadores é limitada, e alguns trabalhadores podem acasalar e colocar ovos fertilizados. “As diferenças nos receptores são mais provavelmente associadas com a diferença nos estilos de vida das duas espécies”, disse Zhou.da mesma forma, a sua análise encontrou diferenças importantes nas RUP nas antenas de machos e fêmeas. No geral, eles descobriram que os machos têm apenas um terço do número de ORs que as fêmeas expressam. “O papel principal dos machos é a fertilização dos ovos, então assumimos que os ORs que os machos expressam e que as fêmeas não estão provavelmente sintonizadas com feromonas produzidas pela rainha”, disse Zhou.
a equipa também tomou os passos iniciais na identificação dos sinais químicos que desencadearam ORs específicos. Research Associate Jesse Slone adaptou um ensaio que o grupo inicialmente desenvolveu para combinar ORs com sinais químicos no mosquito da malária. O ensaio envolve a inserção do gene para um receptor em ovos de rã para que os receptores sejam expressos na superfície do ovo. Ligando os ovos e expondo-os a diferentes compostos químicos, os ovos produzem um sinal elétrico mensurável quando o receptor é ativado.
Slone utilizou este ensaio para identificar os compostos que desencadeiam uma ou sobre cada uma das espécies de formiga. Descobriu que um composto aromático encontrado no anis despoletou o BO da formiga saltitante que ele testou. Os receptores foram encontrados tanto em homens quanto em trabalhadores. Uma vez que estudos têm mostrado que o óleo de anise tem um efeito repelente e/ou inseticida em algumas espécies de insetos, o composto pode ser um repelente de insetos que este ou é projetado para detectar, Slone especula.por comparação, o ou da formiga carpinteira acabou por reagir a um odor natural encontrado em carne cozida e carne de porco. Os cientistas não têm idéia por que este composto é relevante para as formigas, mas eles estabeleceram que o receptor específico é melhorado em trabalhadores, em relação aos machos.
“Este é apenas o começo. Mas temos demonstrado que temos as ferramentas básicas que precisamos para agir como ‘ou detetives’ para mapear o ‘espaço odorífero’ das formigas e identificar os sinais químicos que desencadeiam comportamentos específicos no extenso repertório da formiga”, disse Slone.
Este representa a abertura de uma nova investigação avenida para o Zwiebel de Laboratório, que tem sido focado no trabalho pioneiro de desconstruir o sistema olfativo dos mosquitos. “Quando eu estava na faculdade, um grupo de nós sonhou em decifrar o papel que os genes podem desempenhar no comportamento social das formigas. Por isso, não podia deixar passar esta oportunidade. Levou 30 anos, mas finalmente chegamos ao ponto em que podemos fazer esses estudos.”
Professor Assistente de Ciências Biológicas Antonis Rokis, Professor Shelley Berger, da Universidade da Pensilvânia, Assistente do Professor Jürgen Liebig da Universidade Estadual do Arizona, Assistente ProfessorAnandasankar Ray na Universidade da Califórnia, Riverside e Professor Danny Reinberg Universidade de Nova York, também contribuíram para o estudo, que foi financiado pelo Instituto Médico Howard Hughes.