Os cientistas projetaram as primeiras formigas transgênicas para obter informações sobre o sistema olfativo das formigas. Eles descobriram que os feromônios de alarme ativam apenas áreas específicas do sistema, desafiando a compreensão anterior do processamento de dados de cheiro em formigas. Esse avanço permite uma exploração mais aprofundada do comportamento social das formigas.
As formigas navegam em seu mundo ricamente aromático usando uma série de receptores de odor e sinais químicos chamados feromônios. Seja forrageando ou defendendo o ninho, acasalando ou cuidando de seus filhotes, as formigas enviam e recebem sinais químicos ao longo de suas vidas. A importância desse sistema é ressaltada pelo quão bem equipado o cérebro da formiga está para processar a abundância de aromas: o centro de processamento olfativo no cérebro da formiga tem 10 vezes mais subdivisões do que as moscas-das-frutas, por exemplo, embora seus cérebros sejam aproximadamente do mesmo tamanho.
E, no entanto, como o sistema olfativo das formigas codifica os dados do cheiro permanece amplamente desconhecido. Para desvendar o mistério, pesquisadores da Universidade Rockefeller desenvolveram as primeiras formigas transgênicas do mundo, que foram criadas com neurônios sensoriais olfativos que piscam em verde em resposta a odores. Eles publicaram seus resultados em 14 de junho na revista Cell.
Ao contrário das descobertas anteriores, o estudo descobriu que apenas algumas áreas específicas do sistema olfativo se iluminam em resposta a feromônios de alarme, sinais de perigo que provocam pânico e evacuação do ninho. Os resultados levantam questões sobre como a informação sensorial é processada no cérebro da formiga – bem como possibilidades tentadoras de revelar o que centenas de outros receptores olfativos estão fazendo.
“Ferramentas neurogenéticas revolucionaram o campo da neurociência da mosca-das-frutas nas últimas décadas, enquanto a neurociência social dos insetos está essencialmente estagnada”, diz Daniel Kronauer, da Rockefeller, chefe do Laboratório de Evolução Social e Comportamento. “Nossos avanços técnicos agora finalmente nos permitem aplicar essas ferramentas poderosas em formigas para estudar seu comportamento social”.
Um mundo de odores
Em 1958, E. O. Wilson relatou que uma secreção da glândula mandibular de formigas colhedoras fez com que suas companheiras de ninho acelerassem o ritmo e adotassem comportamentos de defesa da colônia. Ele chamou essa resposta de “comportamento de alarme”. Desde então, os cientistas documentaram que o comportamento de alarme e muitas outras atividades sociais complexas em colônias de formigas são reguladas por uma vasta gama de feromônios.
Os receptores olfativos das formigas estão localizados em neurônios em suas antenas, que enviam suas entradas para centros cerebrais chamados de lobos antenais. Os lóbulos das antenas são compostos por estruturas especializadas chamadas glomérulos, essenciais para o processamento do cheiro. Algumas formigas têm mais de 500 glomérulos – uma recompensa que se acredita estar relacionada à sua capacidade aumentada de perceber e discriminar entre os feromônios. Trabalhos anteriores do laboratório de Kronauer mostraram que as formigas cujos receptores olfativos foram desativados não podem responder aos sinais de feromônio.
Neste estudo, os pesquisadores criaram seus cobaias transgênicas injetando nos ovos de formigas invasoras clonais – uma espécie sem rainha composta inteiramente por operárias cegas – com material genético que codifica a proteína sintética GCaMP, que acende em verde neon quando os níveis de cálcio mudam durante a atividade celular.
“Nosso objetivo era fazer com que o GCaMP fosse expresso apenas em um único tipo de célula – os neurônios sensoriais olfativos”, diz o principal autor Taylor Hart, pesquisador do laboratório de Daniel Kronauer.
Isso foi importante porque o lobo antenal é composto por vários tipos de células: neurônios sensoriais, neurônios de projeção que transportam dados sensoriais para outras partes do cérebro e interneurônios laterais que ligam tudo. “Esses outros tipos de células podem tornar a relação sinal-ruído ruim, porque podem estar realizando outras atividades, como cálculos, processamento de informações e modulação de sinais”, diz Hart. Tudo isso pode obscurecer o que os neurônios olfativos estão fazendo.
Encontrando o botão de pânico
Ao criar com sucesso um pequeno grupo de formigas com expressão de GCaMP nos neurônios sensoriais olfativos, a equipe também desenvolveu uma sofisticada técnica de imagem de cálcio de dois fótons que lhes permitiu registrar a atividade neural em todo o lobo antenal de formigas vivas pela primeira vez.
Os pesquisadores decidiram se concentrar nos feromônios de alarme, porque eles são particularmente voláteis e provocam respostas comportamentais fortes e robustas. Eles descobriram que as formigas adultas que detectavam os cheiros imediatamente se esforçavam para reunir tantos ovos quanto podiam em suas mandíbulas e então fugiam para uma seção adjacente da câmara de teste.
Hart e sua equipe usaram suas novas técnicas para monitorar os níveis de fluorescência de GCaMP nos lóbulos antenais de 22 formigas transgênicas enquanto as expunham a uma variedade de odores, incluindo os feromônios de alarme (que cheiram a fruta para o nariz humano). Os flashes se agruparam em seis glomérulos em uma região, sugerindo que essa área pode atuar como o botão de pânico do cérebro.
“Esperávamos que uma grande parte do lóbulo da antena mostrasse algum tipo de resposta a esses feromônios de alarme”, diz Hart. “Em vez disso, vimos que as respostas foram extremamente localizadas. A maior parte do lóbulo da antena não respondeu nada”.
Hart diz que as descobertas revelam detalhes sobre como o cérebro da formiga processa a entrada sensorial. Os pesquisadores se perguntam se a atividade é privatizada, com cada glomérulo respondendo apenas a um ou alguns estímulos específicos, ou distribuída, com combinações únicas de glomérulos ativados por um estímulo. Um cérebro com mais de 500 glomérulos que operasse de forma distribuída, com centenas de sensores disparando ao mesmo tempo, precisaria de um poder computacional extraordinário quando se trata de processamento sensorial, diz Hart.
“A maioria dos odores que testamos ativou apenas uma pequena proporção do total de glomérulos”, diz ela. “Parece que a privatização é o caminho no lóbulo da antena da formiga.”
Ferramentas para o futuro
Considerando que apenas seis glomérulos responderam em 500, Hart se pergunta: “Para que eles precisam de todos esses glomérulos diferentes? A mosca-das-frutas sobrevive com apenas 50.”
Agora será mais fácil descobrir por que as formigas têm uma necessidade maior de diferenciar estímulos de odor do que outros insetos, diz Kronauer – e não apenas porque Hart criou centenas de formigas transgênicas que diferem de suas contrapartes selvagens apenas em sua capacidade de sinalizar em fluorescência, fornecendo um pool robusto para pesquisas futuras.
“As ferramentas que Taylor desenvolveu abrem um leque muito grande de questões que eram inacessíveis para nós até agora”, diz ele. Isso inclui a associação de glomérulos específicos com a variedade de feromônios que as formigas usam para coisas como invasão, recrutamento e distinção entre companheiros de ninho e forasteiros. “Também há questões de desenvolvimento interessantes sobre como o sistema olfativo das formigas é montado, porque é muito complexo. As larvas também têm neurônios sensoriais olfativos, então agora podemos observar suas capacidades sensoriais”.
Publicado em 23/06/2023 02h07
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