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Viejos genes,
nuevos rasgos

Reciclar genes viejos para obtener nuevos rasgos: cómo evoluciona el comportamiento social en las abejas

Junio 10, 2020

Panamá

En Isla Barro Colorado, Panamá, los investigadores aprendieron de algunas especies inusuales de abejas del sudor, cómo la división sofisticada del trabajo en sociedades de insectos altamente complejas puede surgir desde humildes inicios.

Un equipo que trabaja en el Instituto Smithsonian de Investigaciones Tropicales (STRI) encontró evidencia para apoyar un modo de evolución muy debatido, revelando cómo la evolución captura la variación ambiental para enseñar a nuevos genes nuevos trucos: las abejas del sudor cambian de comportamiento solitario a comportamiento social, reutilizando conjuntos antiguos de genes que originalmente evolucionaron para regular el desarrollo de otros rasgos.

Las abejas melíferas, las hormigas y otros insectos sociales son conocidas por sus notables diferencias entre obreras y reinas que abarca su comportamiento, reproducción y estatura física: del cerebro al músculo. Estas diferencias surgen cuando hay influencias ambientales como cambios en la dieta o interacciones sociales. Pero: ¿cómo contribuyen las respuestas al medio ambiente a la evolución? Esta pregunta fue planteada por psicólogos y biólogos hace más de un siglo y luego se descuidó en general porque es muy difícil de evaluar.

Más recientemente, una científica emérita del Instituto Smithsonian de Investigaciones Tropicales (STRI) Mary Jane West-Eberhard, le dio una seria atención en su libro seminal Developmental Plasticity and Evolution (2003). El trabajo de West-Eberhard sobre el tema ha llevado a una reevaluación del papel del medio ambiente en la evolución.

Aunque la mayoría de las 20,000 especies de abejas viven toda su vida solas, los sistemas sociales altamente sofisticados han evolucionado varias veces. Desde hace tiempo se sospecha que la respuesta a las señales ambientales puede haber sido la chispa inicial que encendió la evolución de los estilos de vida sociales complejos, pero hasta ahora faltaba evidencia.

Para facilitar la observación de las abejas, los equipos sujetan un trozo de madera a una cubierta de vidrio. Crédito: Jorge Alemán, STRI

Este equipo basó su trabajo en Isla Barro Colorado, Panamá. Una abeja del sudor nocturna, Megalopta genalis, vive allí, y su biología social se ha estudiado intensamente, porque las hembras parecen inclinarse al borde de la socialidad. Una abeja individual puede vivir sola en una rama hueca o convertirse en una reina para dominar a una, o a veces a algunas, de sus oprimidas hijas, que van a trabajar para ella.

El científico de STRI, Bill Wcislo, explicó por qué esta especie puede proporcionar ideas únicas. "La mayoría de las especies son sociales o solitarias", comentó Wcislo. “Y para las especies que varían, si quieres comparar lo social y lo solitario dentro de las especies, las diferentes formas sociales generalmente viven en diferentes ambientes a diferentes altitudes o latitudes, por lo que tienen diferentes dietas u otros factores ambientales. Pero debido a que hay una sola especie en Isla Barro Colorado que puede hacer cosas sociales o solitarias, podemos compararlas en un lugar donde todas las demás cosas son iguales: la misma estación, el mismo clima, las mismas plantas alimenticias, en resumen, el mismo medio ambiente."

Reina de Megalopta posando en espuma de poliestireno. Crédito: Jorge Alemán, STRI

El equipo comparó los conjuntos de genes de M. genalis involucrados en diversos procesos, incluidos los que diferencian a individuos sociales y solitarios. Descubrieron que los genes involucrados en la regulación del comportamiento social se derivan en gran medida de los pequeños procesos de desarrollo que son fundamentales para el desarrollo normal de los jóvenes y la determinación del sexo. La forma en que una abeja responde a diferentes condiciones ambientales cambia la forma en que se expresan sus genes y le da a la evolución la oportunidad de actuar sobre individuos que son genéticamente iguales pero que se comportan de manera diferente.

"Si el primer paso para desarrollar un nuevo rasgo es siempre la aparición de una nueva variante genética, entonces esperaríamos encontrar que los genes relacionados con el comportamiento social en esta especie tienen un alcance limitado y evolucionaron recientemente", comentó Karen Kapheim, profesora asistente en la Universidad Estatal de Utah e investigadora asociada de STRI, que dirigió el estudio. "Encontramos todo lo contrario".

Los nuevos rasgos, incluso los estilos de vida altamente complejos como el comportamiento social, pueden evolucionar a través del reciclaje de genes antiguos. Esto ayuda a resolver un debate de larga data entre los biólogos evolucionistas: ¿es el primer paso de la evolución siempre una nueva variante genética resultante de las mutaciones? ¿O puede la variación ambiental liderar el camino, con la genética poniéndose al día? La respuesta a la última pregunta parece ser que sí.

Los investigadores que participan en este estudio están afiliados a STRI, la Universidad Estatal de Utah, la Universidad de Princeton, el Instituto de Zoología de Kunming, la Academia de Ciencias de China, el National Genebank de China, la Universidad de Copenhague, el Instituto Francis Crick, la Universidad de York, el Instituto de Biología Molecular y Biotecnología de Grecia; la Universidad de Lausana, el Instituto Suizo de Bioinformática, la Universidad de Cornell, la Universidad Martin-Luther-Halle-Wittenberg y el Laboratorio de Crianza, Genética y Fisiología de la Miel de Abejas del Departamento de Agricultura de EE. UU.

Ref: Kapheim K.M., Jones B.M., Pan H., Li C., Harpur B.A., Kent C.F., Zayed A., Ioannidis P., Waterhouse R.M., Kingwell, C., Stolle E., Avalos A., Zhang G., McMillan O., Wcislo, W.T. 2020. Developmental plasticity shapes social traits and selection in a facultatively eusocial bee. PNAS.

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