A dinâmica protetora do endossimbionte em pulgões é aguçada pela seleção

“Sabemos que certos organismos têm muitas gerações em uma estação e sabemos que às vezes leva apenas um punhado de gerações para que a evolução ocorra, e os pulgões são um desses tipos de organismos”, explicou Jacob A. Russell, PhD. , professor da Faculdade de Artes e Ciências e principal autor do estudo.

Como muitos insetos, os pulgões abrigam bactérias simbióticas, ou endossimbiontes, em seu sangue e tecidos internos. Embora sua gama completa de impactos ainda não seja compreendida, essas bactérias geralmente fornecem alguma defesa contra as pressões ambientais, como parasitas e parasitóides – parasitas que matam seus hospedeiros. A defesa da Hamiltonella, o endossimbionte em que este estudo se concentrou, por exemplo, protege dos parasitóides nos pulgões da ervilha. Mas essas bactérias também interessam aos pesquisadores porque são hereditárias: são transmitidas das fêmeas para seus descendentes.

“Em essência, essas bactérias são herdadas como DNA mitocondrial e, por isso, podem servir como parte do arsenal adaptativo do pulgão da ervilha, agindo em conjunto com os milhares de genes do genoma desse inseto comedor de seiva”, afirmou. disse Russell.

Andrew Smith, PhD, ex-graduado em Drexel e atual diretor científico do Rodale Institute, liderou os esforços de pesquisa que permitiram aos biólogos dar uma olhada mais de perto nas forças naturais que moldam a prevalência da Hamiltonella. Eles tinham esperança de que, por meio de repetidas coletas de campo e exames moleculares de rotina, pudessem lançar luz sobre as forças evolutivas que afetam os pulgões em tempo real.

“Estávamos motivados para tentar entender por que esse endossimbionte permanece nessas populações, por que nunca se perde e por que não atinge 100% de frequência”, disse Russell. “Uma ideia é que deve haver momentos em que ajuda o pulgão, bem como momentos em que é ligeiramente prejudicial.”

Para complementar sua coleta de pulgões e detecção de endossimbiontes, a equipe de campo estudou uma variedade de variáveis ​​ambientais dentro dos próprios campos de alfafa, incluindo a prevalência de Aphidius ervi, uma vespa parasitóide introduzida nos Estados Unidos para controlar as populações de pulgões. Ervilha, que já foi um ameaça às colheitas, incluindo alfafa. As vespas matam os pulgões pondo ovos dentro deles. Curiosamente, os endossimbiontes de Hamiltonella previnem o desenvolvimento de vespas jovens, mas eles também têm um custo, de acordo com os pesquisadores.

“Existe esse ‘aluguel’ que o pulgão tem de pagar ao endossimbionte apenas para manter suas populações”, disse Russell. “No laboratório, inicialmente pensamos que os afídeos com endossimbionte estariam em pior situação do que os afídeos sem endossimbionte por causa desse conceito de ‘aluguel’.”

Esse conceito, de que os pulgões com endossimbiontes de Hamiltonella se saíam pior do que aqueles sem eles na ausência de vespas, foi apoiado por experimentos de laboratório anteriores. Mas, apesar dessa expectativa, os autores não encontraram uma relação significativa entre a prevalência de vespas e endossimbiontes. Mas eles viram as populações de pulgões evoluir ao longo do tempo, e a prevalência do endossimbionte mudou rapidamente em várias ocasiões. A correlação mais clara com essas mudanças era a temperatura do ambiente ao redor dos pulgões.

Seus resultados sugerem que “o custo do ‘aluguel’ é mais alto para os pulgões que abrigam esses endossimbiontes em climas frios”, disse Russell, que pensa que “na verdade é bastante útil para os pulgões ter esses endossimbiontes em climas quentes”

Os autores concluem que a dinâmica do endossimbionte e, portanto, a evolução em tempo real do pulgão da ervilha, é provavelmente o resultado de um fenômeno evolutivo conhecido como “seleção equilibrada”, que ocorre devido aos custos e benefícios variáveis ​​de abrigar o afídeo da ervilha. temperaturas diferentes.

Isso faria da Hamiltonella uma amiga quando o tempo está bom, útil quando está quente e prejudicial quando não está. Embora o mecanismo dessa sazonalidade permaneça indeterminado, seus resultados sugerem que a temperatura pode servir como um fator importante na prevenção do aparecimento de endossimbiontes de Hamiltonella em pulgões.

Essa descoberta só foi possível porque a equipe fez suas observações em campo. “Temos a tendência de fazer nossos experimentos de laboratório nessas configurações de laboratório razoavelmente unidimensionais e a temperatura permanece constante”, disse Russell, “portanto, essas descobertas de laboratório podem não ser completamente transferíveis.”

Este trabalho fornece um dos primeiros exemplos de um estudo sobre a adaptação sazonal de insetos que não é possível por causa da variação nos genes dos insetos, mas por causa da variação em seus endossimbiontes. Como tal, ele é um dos primeiros a mostrar que os micróbios transmitidos pela mãe, encontrados na maioria das espécies de insetos, respondem à natureza pendular dos ambientes em mudança ao longo das estações.

Dadas as tendências de longo prazo no clima global, também é possível que os endossimbiontes governem o futuro sucesso das espécies de insetos em nosso mundo em rápido aquecimento.