Como a perda genética e a monogamia construíram megassociedades de cupins

Uma nova pesquisa da Universidade de Sydney aponta para uma explicação inesperada. Em vez de se tornarem mais complexos com a adição de novos genes, os cupins desenvolveram um comportamento social avançado ao se livrarem de genes, incluindo aqueles associados à competição de espermatozoides. As descobertas fornecem uma nova visão sobre um debate científico de longa data sobre se a monogamia é um passo crítico na evolução de sociedades complexas de insetos.

O estudo internacional, publicado em 29 de janeiro em Ciênciarastreia os cupins até as baratas comuns, incluindo os ancestrais das baratas “domésticas” de hoje, que começaram a se alimentar de madeira morta. Essa mudança na dieta desencadeou uma série de mudanças genéticas e comportamentais que eventualmente deram origem às térmitas e às suas colónias fortemente estruturadas.

A pesquisa foi realizada por uma equipe internacional que incluiu cientistas da China, Dinamarca e Colômbia.

“Os cupins evoluíram de ancestrais das baratas que começaram a viver dentro de casa e a comer madeira”, disse o professor Nathan Lo, da Escola de Vida e Ciências Ambientais da Universidade de Sydney, autor sênior do artigo. “Nosso estudo mostra como o DNA deles mudou primeiro quando eles se especializaram nesta dieta de baixa qualidade e depois mudou novamente quando se tornaram insetos sociais”.

Comparando genomas de insetos relacionados

Para compreender como estas mudanças se desenrolaram, os investigadores analisaram e compararam genomas de alta qualidade de baratas, baratas-da-floresta e várias espécies de térmitas com níveis variados de organização social. As baratas são parentes próximos dos cupins e vivem em pequenos grupos familiares, o que os torna um importante elo evolutivo.

Um dos padrões mais claros que surgiram foi que os genomas dos cupins e das baratas são menores e menos complexos do que os genomas das baratas. À medida que as térmitas se tornaram mais dependentes da cooperação e da partilha de alimentos nas suas colónias, perderam muitos genes envolvidos no metabolismo, na digestão e na reprodução.

“O resultado surpreendente é que os cupins aumentaram a sua complexidade social ao perderem a complexidade genética”, disse o professor Lo. “Isso vai contra a suposição comum de que sociedades animais mais complexas requerem genomas mais complexos”.

O que o esperma revela sobre a monogamia

Algumas das perdas genéticas mais reveladoras envolveram genes responsáveis ​​pela formação da cauda, ​​ou flagelo, do esperma. Ao contrário das baratas e da maioria dos animais, os espermatozoides dos cupins não têm cauda e são incapazes de nadar.

“Essa perda não causa monogamia”, disse o professor Lo. “Em vez disso, é um forte indicador de que a monogamia já evoluiu”.

Em muitos animais, incluindo baratas, as fêmeas acasalam com vários machos. Isso leva a uma intensa competição espermática, favorecendo os espermatozoides que podem nadar rapidamente usando a cauda. Depois que os ancestrais dos cupins se tornaram monogâmicos, essa competição desapareceu. Sem competição espermática, não havia mais vantagem em manter genes que apoiam o movimento espermático.

“Nossos resultados indicam que os ancestrais dos cupins eram estritamente monogâmicos”, disse o professor Lo. “Uma vez estabelecida a monogamia, não houve mais qualquer pressão evolutiva para manter os genes envolvidos na motilidade dos espermatozoides”.

Estas descobertas falam diretamente a um debate científico mais amplo sobre se o parentesco genético próximo é necessário para a evolução de sistemas sociais complexos. Embora alguns investigadores tenham argumentado que não é necessário um elevado grau de parentesco, as novas evidências sugerem que a monogamia e os fortes laços genéticos eram essenciais para as sociedades de térmitas.

Como o compartilhamento de alimentos molda o papel dos cupins

O estudo também explica como as colônias de cupins se organizam internamente. Experimentos mostraram que o fato de um jovem cupim se tornar um trabalhador ou um futuro rei ou rainha depende em grande parte da nutrição durante o desenvolvimento inicial.

As larvas que recebem alimento abundante dos irmãos mais velhos desenvolvem alto metabolismo energético e tornam-se operárias, que não se reproduzem. As larvas que recebem menos comida crescem mais lentamente no início e retêm a capacidade de se tornarem reprodutoras mais tarde na vida, ou seja, reis ou rainhas.

“Esses ciclos de feedback de compartilhamento de alimentos permitem que as colônias ajustem sua força de trabalho”, disse o professor Lo. “Eles ajudam a explicar como os cupins mantêm sociedades estáveis ​​e altamente eficientes por longos períodos”.

A monogamia continua mesmo após a morte

Quando um rei ou rainha cupim morre, a monogamia geralmente continua. Em muitos casos, um dos seus descendentes assume o papel reprodutivo, o que resulta em endogamia generalizada dentro das colônias.

“De uma perspectiva evolutiva, isso reforça ainda mais o relacionamento”, disse o professor Lo, que faz parte de um grupo dinâmico e crescente de pesquisa sobre insetos na Escola de Vida e Ciências Ambientais da Universidade de Sydney.

Repensando a Evolução Social

Ao combinar dados genómicos com estudos fisiológicos e comportamentais, os investigadores apresentam uma das explicações mais detalhadas até agora sobre como as térmitas transitaram de ancestrais solitários, semelhantes a baratas, para alguns dos organismos socialmente mais complexos da Terra.

“Este trabalho mostra que compreender a evolução social não envolve apenas adicionar novas características”, disse o professor Lo. “Às vezes, é sobre o que a evolução escolhe abandonar.”

O financiamento foi recebido da Fundação Nacional de Ciências Naturais da China, do Departamento de Ciência e Tecnologia da Província de Guangdong e do Conselho Australiano de Pesquisa.