Formigas - Porque as Operárias cuidam da Rainha ?

Rainha do gênero Camponotus 
Foto de Erik Karits

Na publicação “Formigas - Vivem em Colônia ou Sociedade ?” eu expliquei de maneira mais profunda o que é uma Colônia e uma Sociedade. Agora nessa publicação eu vou explicar o que leva as formigas a viverem juntas em uma colônia. 

A Importância dos Genes 

Genes, já ouviu falar nessa palavrinha ? Aposto que sim. Quando você for estudar algo que esteja relacionado com os seres vivos, lembre-se de pensar nos genes. Tudo o que acontece nesse mundo se baseia nos genes, tudo gira em torno dos genes. Mas porquê ? 

Por mais louco que isso possa parecer, a verdade é que nós (os seres vivos) somos apenas veículos responsáveis por carregar os genes e faz suas vontades (isso mesmo, somos escravos dos genes). 

Mas o que é que os genes querem afinal ? O que os genes querem acima de tudo é sobreviver. Como eles fazem para sobreviver ? Eles sobrevivem sendo propagados para as próximas gerações. E como que eles fazem para serem propagados para as próximas gerações ? Uma palavrinha: reprodução. 

Quando um ser vivo se reproduz, ele acaba passando os seus próprios genes para os seus descendentes (os filhos). Quando esses filhos crescerem e se tornarem adultos, eles vão se reproduzir e passar os genes de seus pais para frente. É desse modo que os genes vão se propagando pelas gerações futuras. Esse é o principio básico da seleção natural e a seleção artificial.

Seleção Artificial feita em Cães 
Ilustração retirada do site “oodlesandoodles.typepad.com” 

Enfim, porque você está falando essas coisas Matheus ? O que isso tem a ver com a sociedade das formigas ? 

Estou falando isso porque a reprodução e a hereditariedade são um dos pilares da seleção natural. E é importante conhecer esses mecanismos porque tudo os que os seres vivos fazem é por conta dessas duas coisas. 

Se os genes quiserem continuar existindo, eles precisam que os seres vivos se reproduzam o máximo possível e deixem o maior número de descentes que conseguirem. 

Como os seres vivos fazem para se reproduzir o máximo possível ? Sendo bem adaptados. Os seres vivos que conseguem se adaptar melhor ao meio vivem mais, e portanto, se reproduzem mais. 

Como os seres vivos fazem para deixar o maior número de descendentes ? Bom, existem várias estratégias utilizadas por eles, e uma das mais bem sucedidas é uma estratégia chamada de Cuidado Parental. 

Fêmea de Pachycoris torridus cuidado dos filhotes 
São Paulo, São Paulo, Brasil 
Foto de Clara Clarabóia, retirada do site “www.insetologia.com.br” 

O cuidado parental nada mais é que o cuidado realizado pelos pais para garantir a sobrevivência dos seus filhos. Quanto mais bem cuidados os filhotes forem, maior será a probabilidade deles sobreviverem. Se eles sobreviverem, vão poder se reproduzir e passar seus genes adiante. 

Seleção de Parentesco 

Genes e Cuidado Parental, esses são uns dos pilares centrais de uma outra teoria chamada de Seleção de Parentesco, e é importante conhecer alguns pontos dessa teoria para explicar porque as formigas vivem em sociedade. 

Primeiro ponto: "A seleção natural favorece os indivíduos que maximizam a sua contribuição genética para as futuras gerações". 

Traduzindo: a seleção natural da prioridade para os seres vivos que se reproduzem mais, ou seja, que passam mais os seus genes a diante. 

Segundo ponto: "Quanto maior for o grau de parentesco, maior será compartilhamento de genes". 

Traduzindo: parentes próximos tem muitos genes em comum (ou seja, compartilhados) do que não parentes. 

Terceiro ponto: "Um indivíduo pode aumentar sua contribuição genética nas gerações futuras ajudando/cuidando/criando indivíduos que compartilhem cópias idênticas de seus genes por descendência". 

Traduzindo: os filhos tem 50% dos genes dos pais, e é por isso que os pais sempre dão prioridade em cuidar dos seus próprios filhos (afinal, 50% de genes idênticos é muita coisa). Mas os seres vivos não precisam criar só seus próprios filhos para passar seus genes adiante. Os parentes próximos (os irmãos, primos, sobrinhos, etc.) também tem muitos genes em comum, e isso significa que é possível propagar os genes indiretamente ajudando a criar os parentes ao em vez dos próprios filhos. 

Preste bem atenção nessa frase aqui: “É possível propagar os genes indiretamente ajudando a criar os parentes ao em vez dos próprios filhos” 

As formigas são animais que levam esse princípio extremamente a sério, tanto é que em uma colônia de formigas as operárias nunca se reproduzem (elas são estéreis) e vivem apenas para cuidar da rainha e sua prole (que são irmãos e irmãs das operárias). 

Operária estéril de Solenopsis invicta 
Foto retirada do site “www.antweb.org”

Entender porque as formigas levam esse princípio tão a sério é a chave para entender do porque elas vivem em sociedade. Para entender porque as formigas levam esse princípio tão a sério, precisamos entender primeiro como funciona o grau de parentesco entre esses insetos. E para entender esse assunto, precisamos saber como é que funciona uma coisa chamada de Sistema de Determinação de Sexo (ou seja, o sistema que determina quem nasce macho e quem nasce fêmea). 

Sistema de Determinação de Sexo 

Esse assunto é meio complicado, então vou fazer um super mega resumo dele, blz ? Vamos dividir em tópicos pra facilitar. 

Genes, DNA, Cromossomos e Células Diploides 

Todos os seres vivos possuem genes, e os genes sempre vão estar guardados dentro das células. 

Para os genes não ficarem jogados dentro da célula de qualquer jeito, eles ficam todos organizados dentro de uma estrutura chamada de DNA (ou seja, os genes são partes/regiões do DNA). 

Ilustração do DNA 
Foto de Arek Socha

Como são muitos genes para organizar dentro da célula, acaba que o DNA vai ficando muito grande ao longo do tempo (ele fica muito comprido). Pro DNA não ficar muito comprido dentro da célula (e ocupar muito espaço) ele acaba sendo embolado (como se fosse um novelo de lã) várias vezes até se transformar em um pequeno pacotinho. 

Ilustração mostrando o DNA “virando” um Cromossomo 
Ilustração de OpenClipart-Vectors

Esse pacotinho (que nada mais é que um novelo de DNA) a gente chama de cromossomo. O total de cromossomos (pacotinhos) representam todos os genes que uma célula possui (ou seja, 100%). 

Ilustração de um Cromossomo 
Ilustração de Kondratenko Yulia, retirada do site “medportal.ru/”

Um cromossomo (ou seja, o pacotinho) sempre vai ser formado por um determinado grupo de genes (ou seja, um grupo de genes fica responsável forma um determinado cromossomo, já um outro grupo de genes fica responsável por formar um outro cromossomo diferente). 

É importante lembrar que esses cromossomos (os pacotinhos) sempre vão estar em pares (ou seja, 2 cromossomos vão se juntar para formar 1 par de cromossomos). 

Pares de Cromossomo 
Ilustração retirada do slide de Regina de Castro 

Cada cromossomo representa 50% dos genes. Se eu tenho 2 cromossomos, e cada cromossomo representa 50%, isso significa que eu tenho 100% dos genes (100% de um determinado grupo de genes). 

Quando os cromossomos (os pacotinhos) dentro da célula estão em pares (ou seja, formam 100% dos genes) dizemos que essa célula é Diploide. 

Cada célula pode ter vários pares de cromossomos diferentes (ou seja, vários tipos de cromossomos que formam pares) e essa quantidade vai depender da espécie (algumas espécies tem muitos tipos de cromossomos, outras tem poucos tipos). 

Na espécie humana, por exemplo, as células sempre vão ter 23 pares de cromossomos diferentes. São 23 PARES de cromossomos, tá ? A quantidade total é de 46 cromossomos em cada célula. Se eu tenho 46 cromossomos, eu consigo formar 23 pares de cromossomos diferentes. 

Imagem real de Cromossomos humanos (a coloração é artificial)
Figura de Andreas Bolzer etl al.

Células Sexuais e Células Haploides 

A reprodução acontece quando o óvulo (produzido pela fêmea) e o espermatozoide (produzido pelo macho) se juntam. Quando essas duas células sexuais se juntam, uma nova célula é formada, e é essa nova célula dá origem a um novo organismo (que é o filhote). 

O óvulo e o espermatozoide são células que também carregam cromossomos (os pacotinhos), só que ao contrário das outras células (as diploides), os cromossomos que eles carregam (os diferentes tipos de cromossomos) não estão em pares, eles estão completamente sozinhos. 

Como os cromossomos estão sozinhos, eles não representam mais 100% dos genes, eles representam apenas 50% dos genes da célula. Isso significa dizer que o óvulo carrega apenas 50% dos genes da fêmea, e o espermatozoide carrega apenas 50% dos genes do macho. 

Essas células que carregam cromossomos que não formam pares (ou seja, que represem apenas 50% dos genes) a gente chama de Haploide.

Ilustração mostrando células Diploides e Haploides 
Adaptação que eu fiz com base na ilustração de Asychterz18

 

Grave isso: células que CARREGAM PARES de cromossomos (representando 100% dos genes da célula) a gente chama de Diploide, e células que NÃO CARREGAM PARES de cromossomos (eles representam apenas 50% dos genes da célula) a gente chama de Haploide. 

Então os seres vivos possuem células que são haploides e diploides. Blz ? 

As células “normais” (essas que formam os músculos, órgãos, cabelo, etc.) sempre vão ser as Diploides. As únicas células haploides vão ser as células sexuais, o óvulo (produzido pela fêmea) e espermatozoide (produzido pelo macho). 

Então pra resumir. 

A reprodução acontece quando o óvulo (célula haploide, que carrega apenas cromossomos sem pares, representando 50% dos genes da fêmea) se junta com o espermatozoide (célula haploide, que carrega apenas cromossomos sem pares, representando 50% dos genes do macho). 

Quando os cromossomos sem pares da fêmea (50% dos genes) se juntam com os cromossomos sem pares do macho (50% dos genes), formamos uma nova célula, mas dessa vez uma célula com cromossomos que formam pares (ou seja, a nova célula tem 100% dos genes). 

Quando formamos uma célula que tem PARES de cromossomos, temos um novo ser vivo (o filhote). 

Determinando machos e fêmeas - Espécie Humana 

As células diploides na espécie humana contem cerca de 23 pares de cromossomos diferentes (total de 46 cromossomos), e um par específico desses cromossomos é chamado de cromossomos sexuais. Os cromossomos sexuais vão ser diferente pra machos e fêmeas. 

O cromossomo sexual da fêmea é chamado de XX. Nas fêmeas os cromossomos sexuais são iguais, e como os cromossomos formam pares, cada cromossomo é chamado de X (por isso o nome XX). 

Já no macho a coisa é diferente. O cromossomo sexual do macho não é igual como na fêmea, eles são diferentes (são diferentes porque um cromossomo é menor que o outro). O cromossomo maior do macho é chamado de X, e o menor é chamado de Y. 

Cromossomos sexuais humanos 
Ilustração de Jenny Graves, retirada do site “scitechconnect.elsevier.com” 

Lembre-se, estamos falando de uma célula DIPLOIDE, os cromossomos só ficam em pares nas células diploides, nas células haploides os cromossomos não formam pares. 

Como o cromossomo sexual da fêmea é igual, o óvulo não tem opção. Ou ele carrega um cromossomo X, ou ele carrega um cromossomo X, não tem pra onde correr. 

Agora como o cromossomo sexual do macho é diferente, o espermatozoide tem “opção”. Ele pode carregar um cromossomo X, ou ele pode carregar um cromossomo Y. 

Se o espermatozoide (haploide) carregando um cromossomo X, se juntar com um óvulo (haploide) carregando o cromossomo X, formamos uma nova célula diploide. Essa célula diploide vai ter 1 par de cromossomos XX. Se temos cromossomos sexuais XX, isso significa que o filhote que foi gerado vai ser fêmea. 

Agora, se o espermatozoide (haploide) carregando um cromossomo Y, se juntar com um óvulo (haploide) carregando o cromossomo X, formamos uma nova célula diploide. Essa célula diploide vai ter 1 par de cromossomos XY. Se temos cromossomos sexuais XY, isso significa que o filhote que foi gerado vai ser um macho, e não uma fêmea.

Sistema de Determinação de Sexo na espécie humana 
Ilustração retirada do site “ib.bioninja.com.au”

Determinando machos e fêmeas - Formigas

A determinação de sexo nas formigas é BEEEEEEMMM diferente da maioria dos outros animais. 

Ao em vez do sexo ser determinado pelo tipo de cromossomo (como o cromossomo sexual X e Y na espécie humana), ele é determinado pela quantidade de cromossomos (ou seja, se a célula tem ou não determinado cromossomo). Isso significa dizer que as formigas não possuem cromossomos sexuais. 

Pra complicar mais ainda a situação, aquilo que eu falei sobre todos os seres vivos possuírem células haploides e diploides não se aplica nas formigas (sim, é isso mesmo que você leu). 

Eu tinha falado que nos seres vivos as células “normais” (essas que formam os músculos, órgãos, cabelo, etc.) sempre vão ser as células diploide, e que as células haploides sempre vão ser as células sexuais (o óvulo e espermatozoide). 

O que acontece que é que nas formigas essa regra não se aplica aos machos. As fêmeas possuem as células “normais” (diploides, que possuem 100% dos seus genes) e as células sexuais (haploides, que possuem 50% dos seus genes), mas os machos não. 

Rainha e Operárias 
Ambas possuem células Diploides 
Foto de andreasmetallerreni

Nas formigas do sexo masculino TODAS as células são haploides, não existem células diploides. Isso significa dizer que os machos tem apenas 50% dos genes que uma formiga normal (diploide) teria. Como consequência disso, as células sexuais dos machos (os espermatozoides) carregam 100% dos seus genes. 

Macho 
Foto de Ronny Overhate

Em uma espécie diploide normal (como a espécie humana por exemplo) o macho conseguiria passar apenas 50% dos seus genes para os filhos, mas como os machos em formigas são haploides, eles acabam passando 100% dos seus genes para os filhos. 

Essa questão dos machos serem haploides faz uma diferença muito grande na maneira como o sexo é determinado nesses insetos. 

Como eu falei anteriormente, o sexo nas formigas é determinado pela quantidade de cromossomos que elas possuem. 

Se o óvulo (que tem 50% dos genes da fêmea) se juntar com o espermatozoide (que possui 50% dos genes do macho, que é o total de genes que ele tem), o indivíduo que nascerá desse processo vai ser uma fêmea diploide. 

Agora se o óvulo (que tem 50% dos genes da fêmea) não se juntar com nenhum espermatozoide, o indivíduo que nascerá desse processo vai ser um macho haploide. 

Sim, é isso mesmo que você leu. 

Os machos são haploides, eles não precisam de 100% dos genes (que seria o resultado da união do óvulo + espermatozoide) para existir. Isso significa dizer que os óvulos não precisam ser fecundados por nenhum espermatozoide para gerar filhotes, ou seja, a fêmea não precisa acasalar com nenhum macho para gerar filhos. A questão é que os filhos que nascerem desse processo serão obrigatoriamente machos. 

Para gerar fêmeas é preciso que o óvulo (50%) seja fecundado pelo espermatozoide (50%). Agora para ter um macho, basta ter um óvulo (50%) e pronto. 

Determinação de sexo em abelhas ocorre da mesma maneira como nas formigas 
Ilustração retirada do seminário “Insetos Sociais” da UFV 

Esse tipo de sistema de determinação de sexo é chamado de Haplodiploidia (ou Haplo-Diploide). Essas diferenças nas proporções de genes que são passados para os filhos, levam a um mar de consequências extremamente importantes. 

Consequências da Haplodiploidia 

A Regra de Hamilton 

Quem tratou de descobrir essas consequências extremamente importantes foi William Donald "Bill" Hamilton. Ele fez essas descobertas usando aquilo que ficou conhecido como A Regra de Hamilton. 

Foi com essa regra que Hamilton descobriu porque as formigas operárias cuidam dos filhos da rainha (seus irmãos e irmãs) ao invés de terem os seus próprios filhos. 

A Regra de Hamilton é bem complicada, e portanto eu não vou falar dela aqui, tudo bem ? Vou falar apenas dos resultados que foram obtidos através dela. Bom, vamos lá. 

Em espécies normais (que tem o Sistema de Determinação de Sexo XY e similares), o grau de parentesco entre pais e filhos é de 50% (ou seja, os pais compartilham metade dos seus genes com os filhos). Como resultado, o grau de parentesco entre irmãos ou irmãs é de 50% também. 

Já em formigas (vespas, abelhas e outros insetos) que utilizam a Haplodiploidia para determinar o sexo, o grau de parentesco entre pais e filhos também é de 50%, mas a semelhança acaba aí. 

O grau de parentesco que ocorre entre um irmão e uma irmã é de apenas 25%. 

O grau de parentesco que ocorre entre os irmãos é de 25%. 

Agora o grau de parentesco que ocorre entre as irmãs é de INCRÍVEIS 75%. 

Haplodiploidia em formigas 
Ilustração retirada do livro “Princípios Integrados de Zoologia – Hickman” 

As irmãs compartilham cerca de 75% dos genes entre elas, isso significa dizer que as operárias são mais próximas geneticamente entre sí do que são com a sua PRÓPRIA mãe. Com a rainha elas tem apenas 50% de genes compartilhados, MAS COM AS IRMÃS ELAS TEM 75% DE GENES COMPARTILHADOS. 

Esse grau de parentesco extraordinário entre as formigas tem várias consequências absurdamente “bizarras”. Vamos listar 4 consequências aqui, mas já digo, preste bem atenção na 3º consequência, ela é a mais importante de todas.

 

Consequências “Bizarras” 

(1) - Os machos não tem pai 

Sim, eles são originados de ovos não fertilizados, portanto não tem pai, só mãe. 

Mas em compensação eles tem avôs (a mãe deles, a rainha, teve um pai). 

(2) - Machos não tem filhos, só filhas 

Machos só podem nascer a partir de ovos não fertilizados. A partir do momento que o ovo é fertilizado, ele só pode gerar fêmeas. 

Mas os machos podem gerar netos machos em compensação (quando a sua filha, a rainha, botar ovos não fertilizados). 

(3) - Operárias propagam mais genes criando suas irmãs do que suas próprias filhas 

Lembra do que eu falei ? Que o que os genes querem acima de tudo é serem passados (propagados) para as próximas gerações ? E que a seleção natural da prioridade para os seres vivos que se reproduzem mais, ou seja, que passam mais os seus genes a diante ? Pois bem. 

Se uma operária se reproduzir, a sua filha terá 50% dos seus genes. Se essa filha chegar a se reproduzir, a sua prole (ou seja, os netos da operária) vão compartilhar cerca de 25% dos genes com ela (a operária). 

Agora, se a operária ajudar sua mãe a produzir novas irmãs, essas irmãs vão ter 75% dos seus genes compartilhados com ela (a operária). Se essas novas irmãs forem rainhas (as operárias podem ter irmãs operárias e irmãs rainhas) e elas conseguirem fundar novas colônias no futuro, as filhas dessas rainhas (que serão sobrinhas da operária) vão compartilhar cerca de 37,5% de genes com ela. 

As operárias, indiretamente, propagam mais genes para as futuras gerações criando suas irmãs rainhas do que tendo suas próprias filhas. Logo, portanto, as operárias SEMPRE vão preferir criar suas irmãs rainhas. 

Se as irmãs operárias se juntarem para criar suas irmãs rainhas, elas vão conseguir propagar uma quantidade enorme de genes, muito mais genes do que elas conseguiriam se reproduzissem sozinhas (cada uma vivendo no seu canto). 

É por conta dessa decisão tomada pelas operárias que uma colônia de formigas se mantem unida. É por isso que as operárias cuidam tão bem da rainha. 

Uai Matheus, mas você não disse que as operárias não podem se reproduzir ? A verdade é que eu menti, as operárias podem sim se reproduzir. 

Mas só as espécies de formigas mais primitivas possuem operárias com capacidade de reprodução. Nas espécies mais derivadas (as mais “evoluídas”, digamos assim) as operárias são completamente estéreis, nunca se reproduzem. 

(4) - Operárias propagam mais genes criando seus filhos do que seus irmãos 

O grau de parentesco que ocorre entre um irmão e uma irmã é de apenas 25%. Mas o grau de parentesco entre pais e filhos é de 50%. Logo, uma operária transmite muito mais genes criando seus próprios filhos (filhos machos) do que seus irmãos (filhos da rainha). 

Essa consequência é muito importante nas espécies de formigas mais primitivas, que possuem operárias com capacidade de reprodução. Vamos falar disso em uma próxima publicação. 

Conclusão 

Com base nessas 4 consequências que acabamos de ver, podemos tirar 2 conclusões absurdamente fundamentais. 

(1) - Operárias preferem criar irmãs rainhas 

Para as operárias, quando se trata de formigas fêmeas, é muito mais vantajoso ajudar a criar suas irmãs rainhas ao invés delas mesmas terem filhas. 

(2) - Operárias preferem criar seus filhos machos 

Agora para as operárias, quando se trata de formigas machos, é muito mais vantajoso criar seus próprios filhos do que ajudar a criar os seus irmãos (os filhos machos da rainha). 

É com base nessas 2 conclusões absurdamente fundamentais que vamos iniciar a próxima publicação. 

Com base nessa publicação nós conseguimos entender o motivo de uma colônia de formigas ser tão unida. Agora precisamos entender como foi que a primeira colônia de formigas surgiu. O grau de parentesco é muito importante para manter uma colônia unida, mas os motivos que levaram as formigas a viverem juntas foram outros bem diferentes. 

Que motivos foram esses ? Veja na próxima publicação: "Formigas - Como surgiu a primeira colônia de Formigas ?"

Essa publicação faz parte do guia “Criação de Formigas - O que eu preciso saber ?”. Todas as referências utilizadas aqui vão estar listadas lá no guia.