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Aumento de machos en colonias de abejas sin aguijón provocan muerte de la reina

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo

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IMAGE: Study suggests emergence of male bees with both paternal and maternal genetic material unbalances workforce in colonies of Scaptotrigona depilis (physogastric queen inspects brood cell) view more 

Credit: Ayrton Vollet-Neto / University of São Paulo

Las abejas reinas de las especies sin aguijón (Meliponini) afrontan un dilema al reproducirse. Si se aparean con machos con los cuales eventualmente comparten la misma copia de un gen de determinación sexual, la mitad de su prole estará compuesta por machos en lugar de hembras. De este modo, la fuerza de trabajo de sus colonias disminuirá a la mitad, toda vez que las hembras son las obreras, las que realmente trabajan.

Asimismo, los machos con material genético paterno y materno (diploides) generados en razón de esta elección desafortunada de la reina no hacen sino gastar los recursos que las obreras recolectan, y en general son estériles, lo que contribuye para disminuir las posibilidades de reproducción en la colonia.

Um proyeto apoyado por la Fundación de Apoyo a la Investigación Científica del Estado de São Paulo (FAPESP) unindo a investigadores de universidades de Brasil, de Bélgica e de lo Reino Unido indicó que el surgimiento de machos diploides generados em ese tipo de apareamento también induce la muerte das reinas en colonias de abejas de la especie mandaguari (Scaptotrigona depilis).

Según Ayrton Vollet-Neto, primer autor del estudio, la investigación apunta que este comportamiento puede haberse difundido en el grupo de las abejas sin aguijón, toda vez que existe en géneros alejados filogenéticamente.

Uma das hipóteses para justificar esse comportamento é a de que, ao matar rainhas que não cumprem com sua função de repor proporcionalmente a população de operárias da colônia, novas rainhas filhas delas podem se acasalar e assumir o controle. Caso contrário, o fim mais provável seria a morte da colônia.

Una de las hipótesis para justificar este comportamiento indica que, al matar a las reinas que no cumplen com su rol de reponer proporcionalmente la población de obreras, nuevas reinas hijas de éstas pueden aparearse y hacerse con el control de la colonia. De lo contrario, el fin más probable sería la muerte de la colonia.

"Si se mata a la reina rápidamente, puede reemplazársela por una hija que tendrá la posibilidad de aparearse con un macho que no tenga el mismo alelo sexual", sostuvo.

Acaso genético sabotea el control de la prole de machos

Según el investigador, doctor en biología por la Universidad de São Paulo -- campus Ribeirão Preto, las hembras de las abejas sin aguijón, así como todos los insectos pertencientes a la orden Hymenoptera (abejas con aguijón, hormigas y vespas), tienen la capacidad de eleger el sexo de su prole.

Cuando son aún muy jóvenes, las reinas se aparean por única vez en sus vidas y almacenan los espermatozoides en un órgano ubicado en su abdomen llamado espermateca, que funciona como una especie de banco de semen.

Al fertilizar sus huevos con los espermatozoides almacenados en la espermateca, generan hembras diploides, con dos copias de cada gen (el materno y el paterno) en sus células.

Cuando quieren producir machos, las abejas reinas cierran un canal de la espermateca para impedir que los huevos sean fertilizados. El resultado de ello son machos haploides, con una sola copia del gen materno.

"Los insectos del orden Hymenoptera se diferencian de otros insectos y de los humanos con relación a la determinación del sexo porque los machos no tienen padre. Son fruto de huevos no fertilizados", dijo Vollet-Neto.

Con todo, este mecanismo de elección del sexo de la prole que poseen las abejas reinas puede fallar. A causa de un infortunio, las reinas pueden aparearse con un macho que hace que sus crías sean machos diploides en lugar de hembras, según explicó el investigador.

Sucede que la determinación del sexo en insectos del orden Hymenoptera es controlada en general por un solo gen llamado CSD (sigla en inglés de complementary sex determination), que depende de otro alelo (copia) para actuar de manera complementaria.

Cuando este gen está solo, da origen a un macho. En tanto, cuando se encuentra presente por partida doble en un individuo diploide y sus alelos son diferentes, da origen a una hembra.

Y si se encuentra presente por partida doble y sus copias son iguales, el gen CSD da origen a un macho diploide en lugar de a una hembra.

"Cuando existen dos copias iguales de ese gen, la fisiología del insecto lo interpreta como si tuviera una sola copia. Y esto termina resultando en un macho diploide", explicó Vollet-Neto.

Los resultados de este estudio se publicaron en Journal of Chemical Ecology).

"Olor de macho" es gatillo para revolta en la colonia

Con el fin de reparar el problema generado por la elección de una pareja con el mismo alelo sexual para aparearse, las obreras de las abejas melíferas (Apis mellifera), por ejemplo, son capaces de detectar y matar a las larvas de los machos diploides en sus estadios iniciales de desarrollo, con el objetivo de economizar recursos y el tiempo que les dedicarían sin ningún rédito para la colonia.

En el caso de las abejas sin aguijón, existían pocas evidencias de que podrían exhibir este comportamiento en razón de que no tienen acceso directo a las crías para eliminar a los machos diploides inmaduros. Sucede que las celdas en donde las larvas se desarrollan quedan selladas una vez que quedan allí depositados los huevos, con todos los recursos que las larvas necesitan para desarrollarse.

Con el objetivo de analizar la hipótesis de que las abejas sin aguijón también pueden contar con mecanismos de reparación de las consecuencias de la producción de machos diploides, los investigadores realizaron un experimento en el cual retiraron a las reinas de colonias de la especie mandaguari en donde machos diploides se aprestaban a emerger y las reemplazaron por reinas "sanas", que no originaban prole con esa característica.

Los análisis del experimento indicaron que todas las reinas "sanas" introducidas en las colonias en las cuales estaban naciendo machos diploides murieron al cabo de entre 10 y 20 días. En tanto, las reinas que fueron introducidas en 20 colonias de control, donde no surgían machos diploides, no se murieron.

"Como esas reinas 'sanas' no fueron las responsables de la producción de los machos diploides que emergieron en las colonias, la conclusión a la que arribamos es que el factor determinante de la muerte de las mismas fue la emergencia de los machos diploides", dijo Vollet-Neto.

Con base en esta constatación, los investigadores plantearon la hipótesis de que el perfil de hidrocarburos cuticulares de los machos diploides podría ser utilizado de algún modo como una señal química para determinar la muerte de la reina.

Para dotar de asidero a esta hipótesis, los científicos compararon el perfil químico de este tipo de compuestos -hallados sobre la última capa del revestimiento externo (cutícula) que recubre el cuerpo de los insectos sociales y que funcionan como una firma química de cada individuo perteneciente a una colonia- de machos diploides con el de machos haploides con cero, cinco y diez días de edad.

Los resultados de los análisis, realizados mediante el empleo de técnicas de cromatografía gaseosa acoplada con espectrometría de masas, indicaron que el perfil de hidrocarburos cuticulares de los machos diploides se diferencia significativamente del de los machos haploides a medida que se vuelven más viejos. Y que esto ocurre aproximadamente a los 10 días de edad, justo cuando las reinas empezaron a morirse.

"Esto sugiere que esas diferencias químicas pueden utilizarse como señales para desencadenar la muerte de la reina. Pero se hace necesario realizar otros estudios a los efectos de confirmar esta hipótesis", apuntó Vollet-Neto.

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El proyecto fue realizado por investigadores de la Universidad de São Paulo (USP), en Brasil, en colaboración con pares de la universidad KU Leuven, de Bélgica, del Instituto Tecnológico Vale (Belém, Brasil) y de la University of Sussex, de Inglaterra

Ayrton Vollet-Neto realizó doctorado con beca de la FAPESP en el en el Departamento de Biología de la Facultad de Filosofía, Ciencias y Letras de Ribeirão Preto de la USP, bajo la dirección de la profesora Vera Lúcia Imperatriz-Fonseca

Sobre la Fundación de Apoyo a la Investigación Científica del Estado de São Paulo (FAPESP)

La Fundación de Apoyo a la Investigación Científica del Estado de São Paulo (FAPESP), creada en 1962, se ubica entre los más importantes organismos de fomento de la ciencia y la tecnología de Brasil. La Fundación selecciona y brinda apoyo a proyectos de investigación que presentan científicos vinculados a instituciones de educación superior e investigación científica del estado de São Paulo en todas las áreas del conocimiento: ciencias, tecnología, ingeniería, artes y humanidades. La FAPESP también apoya investigaciones en áreas consideradas estratégicas en Brasil, mediante programas orientados a grandes temas, tales como biodiversidad, cambios climáticos y bioenergía. FAPESP: http://www.fapesp.br.

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