Quando Hugo Deans, de oito anos, descobriu um punhado de objetos do tamanho de um BB perto de um formigueiro debaixo de um tronco em seu quintal, ele pensou que eram um tipo de semente. Seu pai, Andrew Deans, professor de entomologia na Penn State, no entanto, soube imediatamente o que eram — galhas de carvalho, ou crescimentos de plantas provocados por insetos. O que ele não percebeu de imediato foi que as galhas faziam parte de uma relação elaborada entre formigas, vespas e carvalhos, cuja descoberta transformaria um século de conhecimento sobre interações entre plantas e insetos.
Olhando para trás, Hugo, agora com 10 anos, diz que "pensava que eram sementes, e me empolguei porque não sabia que formigas coletavam sementes. Sempre pensei que formigas comeriam restos de comida e outras coisas pela casa. Então fiquei mais animado quando [meu pai] me disse que eram galhas, porque [meu pai] estava tão animado. Fiquei surpreso que as formigas coletassem galhas, porque por que elas fariam isso?"

De acordo com Andrew Deans, que também é diretor do Frost Entomological Museum da Penn State, muitas interações entre plantas e insetos estão bem documentadas. Por exemplo, sabe-se há muito tempo que a maioria das espécies de vespas "cinípidas" induzem os carvalhos a produzir galhas protetoras - ou crescimentos - em torno de suas larvas para garantir a segurança de seus descendentes em desenvolvimento. Além disso, certas plantas – incluindo bloodroot (Sanguinaria canadensis), uma flor silvestre nativa da América do Norte – produzem apêndices comestíveis, chamados elaiosomes, em suas sementes para atrair formigas, que então dispersam as sementes levando-as de volta aos seus ninhos. Este último exemplo é referido como "mirmecocoria" - ou dispersão de sementes por formigas.

“Na mirmecocoria, as formigas obtêm um pouco de nutrição quando comem os elaiosomas, e as plantas dispersam suas sementes para um espaço livre de inimigos”, explica Deans. “O fenômeno foi documentado pela primeira vez há mais de 100 anos e é comumente ensinado a estudantes de biologia como um exemplo de interação planta-inseto”.

A nova pesquisa da equipe - iniciada pela descoberta de Hugo de galhas perto de um formigueiro - revelou um tipo muito mais complexo de mirmecocoria, que combinava a interação vespa-carvalho-galha com a interação comestível apêndice-formiga.

"Primeiro, observamos que, embora essas galhas normalmente contenham uma 'tampa' carnuda rosa-pálida, as galhas próximas ao formigueiro não tinham essas tampas, sugerindo que talvez tenham sido comidas pelas formigas", diz Deans. "Em última análise, isso nos levou a descobrir que as vespas da galha estão manipulando carvalhos para produzir galhas e, em seguida, dando mais um passo e manipulando formigas para recuperar as galhas para seus ninhos, onde as larvas de vespas podem ser protegidas de predadores de galhas ou receber outros benefícios. A interação em várias camadas é alucinante; é quase difícil entender isso."

As descobertas da equipe publicadas na revista American Naturalist .

Investigando a interação

Para entender melhor a interação, os pesquisadores realizaram uma série de experimentos de campo e de laboratório. Primeiro, para determinar se, como os eliaossomos, as tampas de galha de carvalho - que os pesquisadores chamaram de kapéllos (grego para "tampa") - eram de fato comestíveis e atraentes para as formigas, a equipe observou diretamente as galhas de carvalho em colônias de formigas na natureza no oeste de Nova York. York e o centro da Pensilvânia. Além disso, eles configuraram câmeras de vídeo para capturar interações animais/galhas adicionais. Em ambos os locais, eles viram formigas transportando galhas para seus ninhos. Dentro dos ninhos, todas as tampas comestíveis foram removidas, enquanto as próprias galhas permaneceram intactas.

Em um segundo conjunto de experimentos para determinar se os kapéllos funcionavam de maneira semelhante aos elaiosomes, os pesquisadores investigaram a preferência das formigas por galhas de carvalho versus sementes de raiz de sangue. Eles montaram estações de isca de sementes/galhas e observaram que as formigas removeram o mesmo número de sementes e galhas, sugerindo não haver diferença na preferência das formigas.

Em seguida, os cientistas realizaram um experimento de laboratório para documentar se as formigas coletavam galhas por causa de seus kapéllos nutritivos. Eles montaram três tratamentos de placas de Petri - contendo galhas inteiras, corpos de galhas com kapéllos removidos ou kapéllos com corpos de galhas removidos - juntamente com um prato de controle contendo um tipo diferente de galha que não tinha um apêndice comestível. Eles introduziram as formigas nas placas de Petri. Eles descobriram que o interesse das formigas não diferiu entre as galhas de controle e as galhas de tratamento sem kapéllo, ambas sem componentes comestíveis. Por outro lado, o interesse das formigas foi maior para galhas com kapéllos intactos e para kapéllos sozinhos do que para galhas controle.

"Mostramos que galhas com tampas eram muito mais atraentes para formigas do que galhas sem tampas e que as tampas por si só também eram atraentes para as formigas", diz John Tooker, professor de entomologia. "Isso sugeriu que as tampas devem ter evoluído como uma forma de atrair formigas."

Finalmente, a equipe perguntou:"O que há nos kapéllos que os tornam tão atraentes para as formigas?" De acordo com Tooker, a química dos elaiossomas é bem estudada e conhecida por conter ácidos graxos nutritivos. Portanto, a equipe comparou as composições químicas dos kapéllos aos elaiosomes e descobriu que os kapéllos também continham ácidos graxos saudáveis.

“Os ácidos graxos que são abundantes nas tampas das vesículas e nos eliossomos parecem estar imitando insetos mortos”, diz Tooker. “As formigas são necrófagas que estão tentando encontrar e pegar qualquer coisa que seja adequada para trazer de volta à sua colônia, então não é por acaso que as tampas da vesícula e os elaiosomas têm ácidos graxos típicos de insetos mortos”.

O que veio primeiro?

A última, e de acordo com os pesquisadores, mais intrigante, pergunta que a equipe buscou foi:"O que veio primeiro no tempo evolutivo? A interação elaiosome ou a interação galha?"

"Dado que a mirmecocoria foi descrita há mais de um século e tem sido bem pesquisada e ensinada nas escolas, pode-se supor que a interação elaiosoma veio primeiro, mas essa suposição pode estar errada por várias razões", diz Robert J. Warren II, professor de biologia, SUNY Buffalo State.

Uma razão, explicou ele, é que as plantas mirmecocóricas, como as bloodroots, compreendem apenas uma porcentagem muito pequena de todas as espécies de plantas e, portanto, podem não contribuir com recursos alimentares suficientes para impulsionar a seleção natural em formigas. Galhas de carvalho, no entanto, são amplamente abundantes. Na verdade, diz Warren, eles já foram tão abundantes que eram usados ​​regularmente para engordar o gado.

“Se essas galhas fossem tão abundantes e evoluíssem essa tática de aumentar essa tampa há milhares de anos, isso poderia ter sido um forte impulsionador da seleção natural em formigas”, diz Warren. “Pode ser que as formigas estivessem acostumadas a pegar galhas com tampas e, então, quando as flores silvestres da primavera começaram a produzir sementes que por acaso tinham um apêndice comestível, as formigas já estavam predispostas a pegar coisas com um apêndice de ácido graxo”.

Deans observou que a equipe recebeu recentemente uma doação para realizar um trabalho filogenético para investigar qual dessas interações ocorreu primeiro no tempo evolutivo.

“Entender como essas interações evoluíram e como elas funcionam ajuda a desvendar um pouco mais da complexidade da vida na Terra”, diz ele.

Sobre como foi contribuir para uma descoberta tão importante, Hugo diz:"Aposto que outras crianças fizeram descobertas semelhantes, mas nunca souberam o quão importantes elas podem ser. Sinto-me muito feliz e orgulhoso por saber que fiz parte de uma importante descoberta científica. É estranho pensar que apenas algumas formigas coletando o que eu achava que eram sementes era realmente um importante avanço científico."

Quando perguntado se quer ser entomologista como o pai quando crescer, visto que já fez sua primeira descoberta científica, Hugo responde "não mesmo. Quero ser diferente... único... quando crescer. " + Explorar mais

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