Picar ou não picar? Um feromônio de alarme desempenha um papel decisivo na disposição das abelhas para picar – e seu tamanho de grupo, como cientistas da Universidade de Konstanz mostraram agora
Como diz o ditado:"Você pode pegar mais moscas com mel do que com vinagre". As abelhas, no entanto, preferem evitar pegar qualquer coisa, mas seu mel atrai numerosos predadores para a colônia. Alguns, como moscas, são bastante fáceis de deter. Outros predadores são muito maiores que as abelhas e estão prontos para aceitar inúmeras picadas de abelhas para os nutrientes doces. Para afastá-los, as abelhas precisam se unir em um ataque coletivo de picadas.

Essa reação defensiva é tipicamente iniciada por abelhas transitoriamente especializadas, chamadas de abelhas de guarda. Eles monitoram os arredores da colônia. Se detectam um animal grande se aproximando da colônia, as abelhas guardas reagem picando o intruso ou expelindo seu ferrão e abanando suas asas, às vezes enquanto correm para a colméia onde estão seus companheiros de ninho.

“Em ambos os casos, seu comportamento causa a liberação do feromônio de alarme de picada, uma mistura complexa de odores carregada diretamente no ferrão”, diz a neurobióloga Morgane Nouvian.

Este sinal químico desperta as abelhas próximas e as recruta para o local da perturbação. Lá, eles decidem se participam ou não do esforço defensivo picando ou assediando o predador. Assim, o feromônio de alarme de picada desempenha um papel importante na reação defensiva da colônia. Mas o tamanho do grupo também desempenha um papel?

Estudo interdisciplinar examina como as condições afetam as respostas defensivas de abelhas individuais

Uma colaboração interdisciplinar entre pesquisadores em início de carreira - a bióloga Dra. Morgane Nouvian e a cientista da computação Professora Júnior Tatjana Petrov do Centro de Estudos Avançados do Comportamento Coletivo da Universidade de Konstanz - desenvolveu um modelo e uma metodologia para quantificar como a capacidade de resposta ao alarme o feromônio evolui durante um evento defensivo, para qualquer tamanho de grupo. Os resultados foram publicados em PLOS Computational Biology em 15 de setembro de 2022.

"Nosso objetivo biológico é estudar o efeito que as condições do ambiente têm na resposta defensiva de abelhas individuais", diz o último autor Morgane Nouvian. Neste trabalho, a equipe de pesquisa se concentrou no impacto do tamanho do grupo, pois estudos anteriores descobriram que esse fator pode influenciar as respostas agressivas em insetos sociais.

"Abordar esse objetivo biológico abriu novos desafios para a ciência da computação", disse Petrov. "Compreender o feedback social - como o comportamento coletivo se adapta às mudanças no tamanho do grupo - requer lidar com modelos complexos e dados experimentais limitados e, portanto, integrar metodologias baseadas em modelos e orientadas por dados."

Abordagem de pesquisa dupla

Os autores observaram pela primeira vez o comportamento de grupos de abelhas confrontados com um predador falso, um manequim rotativo, e quantificaram sua reação defensiva simplesmente contando o número de ferrões embutidos no manequim no final de um teste. A partir daí, eles propuseram um modelo matemático da dinâmica de grupo, que vincula de forma transparente a escolha probabilística de uma única abelha para ferroar em uma determinada concentração de feromônio de alarme, ao resultado coletivo observado no experimento.

Extrair o comportamento dos indivíduos de dados em nível de grupo é um problema interessante do ponto de vista da ciência da computação em vários níveis. "Primeiro, os modelos de comportamentos de grupo que enumeram cada contexto social possível de um indivíduo sofrem com a explosão combinatória de estados, mas também com um número crescente de parâmetros do modelo", diz Tatjana Petrov. “Além disso, muitas fontes de incerteza, como escolhas aleatórias de indivíduos, parâmetros desconhecidos ou tamanho limitado de amostra de dados, exigem novos métodos para quantificar a incerteza”.

As abelhas pesam em seu contexto social ao tomar a decisão de picar

A colaboração entre cientistas da computação e neurobiólogos dá a ambos os lados uma nova perspectiva de pesquisa. "No lado computacional, propusemos uma nova metodologia para extrair o comportamento individual de dados populacionais", diz Petrov. "Para esse fim, combinamos métodos formais de última geração e inferência estatística".

Uma ferramenta de software criada pelos autores integra modularmente todas as etapas do processo de análise. O software, desenvolvido e mantido pelo doutorando Matej Hajnal, permite focar na questão biológica, tendo por um lado uma interpretação clara do modelo e, por outro, a quantificação da incerteza.

“Do lado biológico, fornecemos evidências de que as abelhas pesam em seu contexto social ao tomar a decisão de picar”, diz Nouvian. "Chegamos a essa evidência executando nossa análise em cada tamanho de grupo separadamente e, em seguida, comparando a curva de dose-resposta ao feromônio de alarme obtido". Os autores mostram que o recrutamento se torna menos eficaz à medida que o tamanho do grupo aumenta e, portanto, a inibição social desempenha um papel no topo da comunicação do feromônio de alarme.

"Nossa metodologia aborda um fenômeno social específico em abelhas, mas também pode ser vista como prova de conceito para o desafio atual de 'abrir' os modelos de caixa preta do comportamento coletivo observado e fornecer hipóteses comportamentais interpretáveis ​​no nível de indivíduos", diz Petrov. Ela espera que sua abordagem possa ser aplicada a uma série de outros sistemas biológicos. “No que diz respeito a uma aplicação mais ampla de nossa abordagem, já identificamos novos desafios computacionais, especialmente no que diz respeito ao fornecimento de escalabilidade e quantificação de incerteza no caso de, por exemplo, grandes populações, medições imprecisas e uma capacidade cognitiva mais rica dos indivíduos”. + Explorar mais

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