Microbiota das formigas muda conforme a alimentação
Método de análise inovador pode ajudar a compreender o impacto das mudanças do ambiente na saúde de outras espécies
A busca por alimento é uma motivação central em qualquer sociedade animal. Muitas vezes, é ela que define como uma comunidade irá se organizar, a necessidade de se manter em um mesmo local, e as chances de sobrevivência de um grupo em relação a outro. Nós, humanos, iniciamos nossa história como nômades, que se movimentavam conforme a disponibilidade de alimento em uma região. Há cerca de 12 mil anos, alguns grupos davam os primeiros passos nos processos agrícolas que, mais tarde, seriam responsáveis por garantir o assentamento de populações inteiras.
Uma história parecida, porém muito mais antiga, é a das formigas que cultivam fungos, sendo a saúva a mais conhecida entre elas. Há 66 milhões de anos, com os recursos escassos no planeta Terra dada a colisão do meteoro responsável pela extinção dos dinossauros, esses pequenos insetos passaram a acrescentar fungos na dieta, como forma de garantir sua sobrevivência. E, pouco menos de 30 milhões de anos atrás, elas começaram a cultivar esses fungos, nos chamados jardins de fungo em suas colônias, que seguem sendo o único alimento desses insetos até o dia de hoje.
Além da habilidade para a agricultura, as saúvas também compartilham de outra semelhança com os seres humanos: quando sua dieta muda, a microbiota da colônia também é alterada – similar às modificações da nossa microbiota intestinal. Esse foi um dos resultados do doutorado de Mariana de Oliveira Barcoto, realizado no Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas (Biologia Celular, Molecular e Microbiologia), no Instituto de Biociências da Unesp, no câmpus de Rio Claro, sob orientação do professor André Rodrigues e com o apoio de um grupo multidisciplinar de pesquisadores, reunindo biólogos, físicos e químicos.
Durante o projeto, Mariana também desenvolveu um novo protocolo para estudar como diferentes dietas afetam a composição e a estrutura do fungo e os impactos dessas modificações para as colônias de saúvas-limão. O estudo foi publicado no artigo “You are what your fungus eats: diet shapes the microbial garden of a fungus-growing ant”, na revista científica NPJ biofilms and microbiomes, do grupo Nature. Além de ampliar o conhecimento sobre esses animais, o resultado também abre espaço para considerações sobre a sobrevivência e a saúde das colônias de formigas em ambientes afetados por mudanças climáticas e pela alteração do uso do solo – cenários que impactam diretamente no tipo e na disponibilidade de alimento que será levado para o fungo.
Mudanças na composição do fungo
Também chamadas de cortadeiras, a saúva-limão muitas vezes é tida como praga em lavouras e florestas plantadas por serem responsáveis por “cortar” grandes quantidades de folhas, deixando galhos vazios e terrenos aparados para trás. O detalhe ímpar dessa espécie é que tudo aquilo que elas cortam e levam para a colônia não é para alimentação própria. Na verdade, toda a matéria orgânica coletada em solo serve para cultivar o fungo que, este sim, será o alimento das formigas.
Esse fungo, que representa a única fonte de alimento da saúva-limão, é mantido em um setor da colônia chamado de “jardim”. Além da função para alimentação, todo esse setor funciona como um aparelho digestivo externo das formigas, uma vez que é ali que ocorre a digestão das plantas forrageadas. Por conta disso, o jardim das formigas é composto por uma combinação do fungo cultivado, bactérias e diferentes enzimas, todos responsáveis por garantir um bom funcionamento do processo digestivo e, consequentemente, manter a saúde da colônia que terá aquilo como fonte de energia.
Em humanos, a composição da microbiota intestinal, que também é constituída por uma série de microrganismos responsáveis pela digestão dos alimentos, sofre mudanças de acordo com aquilo que comemos. Uma alimentação rica em fibras, por exemplo, faz com que bactérias capazes de digerir esse tipo de alimento se proliferem com mais facilidade. Uma alimentação desequilibrada, por sua vez, pode comprometer o sistema imunológico e aumentar as chances de doenças.
Alimentos diferentes para cada “jardim”
Para verificar se, no caso das formigas, também ocorrem alterações desse tipo, Mariana montou um experimento no qual diferentes colônias de formigas eram expostas a quatro dietas distintas, mantendo as bases do que elas costumam encontrar na natureza. O primeiro grupo recebeu uma dieta apenas de folhas, apesar de ser o que elas mais coletam em um ambiente natural, esse também é o alimento de digestão mais difícil. O segundo grupo ficou com uma dieta a base de frutas e cereais, considerados uma fonte nutricional de fácil digestão. Os outros dois grupos receberam uma combinação das duas dietas: o terceiro grupo recebia de forma intercalada folhas, frutas e cereais; já o quarto grupo passava alguns dias recebendo apenas folhas, depois alguns dias apenas frutas e cereais.
O estudo contou com um total de 28 colônias, divididas nos quatro grupos, e durou 56 dias. A cada vinte dias o grupo coletava amostras do jardim para armazenar e realizar as análises necessárias para identificar quais alterações emergiram. “Já na primeira coleta foi possível identificar as primeiras mudanças e, a longo prazo, a composição e a diversidade do jardim das formigas mudou, dependendo do tipo de microrganismos que eram favorecidos”, explica Mariana.
Assim como nos humanos, nas dietas que contaram apenas com folhas, por exemplo, os microrganismos que se proliferaram possivelmente foram aqueles capazes de digerir esse tipo de alimento. Nesse caso, os pesquisadores constataram um aumento das bactérias do gênero Bacillus e Weissella. Já na dieta a base de frutas e cereais as bactérias mais presentes foram as Carnimonas e Mesoplasma, que parecem preferir alimentos de fácil digestão.
Como era de se esperar, nas dietas que alternam entre um tipo de alimentação e outra, o jardim contou com uma composição bacteriana intermediária, com a presença tanto de Bacillus, para digestão das folhas, como de Carnimonas e Mesoplasma. “Nesses cenários, os microrganismos parecem ter um grau de resistência às mudanças, porque a composição varia entre os diferentes gêneros de bactérias. É como se alguns membros permanecessem ali, talvez decompondo o que estava sendo incorporado antes da alteração da dieta, o que permite que eles voltem a se desenvolver depois”, explica Mariana.
Porém, apesar dessa flexibilidade, os pesquisadores constataram que a microbiota não volta à exata composição inicial, mantendo sempre um grau de alteração. “Esses resultados evidenciam que, de fato, a dieta determina quais grupos ocorrem em abundância, assim como ocorre na microbiota humana e de outros animais”, afirma Rodrigues.
Uma dieta catastrófica
O grupo não chegou a definir qual seria a dieta ideal para as colônias de formigas. No entanto, a dieta estritamente à base de frutas e cereais levou algumas colônias à morte – e, também, ao encurtamento do experimento. “Nós tínhamos planejado um experimento de 60 dias, mas tivemos que parar no 56 porque vimos que as colônias com essa dieta não iam resistir até o final”, conta Mariana.
Nos primeiros dias, essa era a dieta que parecia mais chamar a atenção das formigas, que forrageavam as frutas e cereais rapidamente, em grande parte devido à grande quantidade de açúcares. Porém, com o passar do tempo, o grupo acompanhou a decadência das colônias. Depois dos sete dias, o fungo parou de crescer e mudou de aparência. Em um jardim saudável, o fungo apresenta diferentes camadas, que representam os diferentes estágios de decomposição e tem um aspecto branco, leve e esponjoso. Após a dieta de frutas e cereais essas características desapareceram e ele assumiu uma aparência alaranjada, densa e úmida, sofrendo alterações até mesmo no aroma, que passou a ter o cheiro característico de alimentos fermentados.
As colônias passaram a diminuir de tamanho, com indivíduos morrendo ou deixando de trabalhar, até o momento em que o experimento foi encerrado para evitar o colapso completo daquele grupo. “Isso indica que elas são capazes de se adaptar e conseguem digerir frutas e cereais de forma intermitente, mas elas não sobrevivem se a dieta for baseada apenas nisso”, diz Mariana.
Uma das hipóteses é que essa composição também favoreceu o desenvolvimento de leveduras, que foram encontradas em abundância no grupo de colônias que recebeu somente frutas e cereais. Ao mesmo tempo, as leveduras podem ter inibido a proliferação de outros microorganismos necessários para uma digestão adequada. “Esse resultado foi surpreendente. Nós não imaginávamos que algo assim fosse acontecer. As formigas pararam completamente de forragear e mudaram de cor. Tudo porque a nutrição delas foi alterada”, destaca Mariana.
A dificuldade de trabalhar com formigas
Além dos resultados que expandem a compreensão do funcionamento das colônias de saúva-limão, Rodrigues também destaca que o trabalho contribuiu para o avanço do fazer científico ao desenvolver métodos de análise do jardim das formigas – um grupo animal que não é tido como modelo em laboratórios.
De maneira geral, análises biológicas costumam ser feitas com ratos, macacos ou outros tipos de mamíferos. Para esse tipo de pesquisa existem protocolos e métodos de pesquisa muito bem estabelecidos, que garantem a viabilidade dos experimentos. O mesmo, porém, não ocorre para grupos pouco estudados, como é o caso das formigas e seus jardins. Por esse motivo, Rodrigues vê o desenvolvimento dessa pesquisa como um passo inicial para que outras, com outros grupos de animais e insetos ainda pouco estudados, possam ser realizadas.
“Como trabalhamos com um sistema que não é modelo, ou seja, não conhecemos muito bem, o experimento deste trabalho foi muito complexo, porque envolveu cuidar das formigas por mais de 60 dias e descobrir as formas de coletas e análises ideais para adquirir os resultados”, diz o docente.
Para isso, a dupla reuniu um grupo de pesquisadores de diferentes áreas: o professor Odair Correa Bueno, também do Instituto de Biociências da Unesp, contribuiu fornecendo as colônias de formigas e a expertise necessária para seus cuidados; já o físico Eduardo Ribeiro de Azevedo, do Instituto de Física da USP, participou da parte das análises aplicando seu conhecimento em ressonância magnética para identificar e analisar a composição das amostras de jardim. Além disso, o biólogo Lucas William Mendes do Centro de Energia Nuclear na Agricultura (CENA-USP) contribuiu com as análises genéticas.
Ao final dos 56 dias de experimentos, o grupo contava com 192 amostras de sequências de DNA, anotações sobre as alterações físicas e de saúde da colônia e dados obtidos a partir de 64 amostras de ressonância magnética. “Isso envolveu um time muito coeso e com especialidades diferentes, sendo necessária uma equipe multidisciplinar para chegar nessa resposta. Desde a parte biológica até a físico-química”, afirma Rodrigues.
Essa é a primeira vez que a técnica de ressonância foi utilizada para realizar análises no jardim das formigas. Segundo Mariana, a escolha da técnica se deu por ser extremamente sensível e por já ter sido aplicada em análises físico-químicas de matérias orgânicas como o bagaço de cana e o petróleo, o que indicava que poderia ser utilizada, também, no contexto do estudo. Graças a ela, foi possível analisar as amostras do jardim para diferenciar e determinar como o jardim digere sua dieta de forma geral. “Foi graças a isso que conseguimos ver de forma tão refinada como o jardim muda no processo de digestão”, afirma Mariana.
Os pesquisadores esperam que, no futuro, o novo protocolo de pesquisa possa ser utilizado em mais estudos, envolvendo não apenas formigas, mas também outros insetos e animais. “Esse trabalho estabeleceu um novo protocolo para o estudo de microbiotas e das respostas desse sistema em diferentes organismos e condições. Nós só avaliamos a dieta, mas agora temos a base de onde partir na pesquisa e, a partir de agora, podemos tentar realizar novas pesquisas considerando outras variáveis, como temperatura e estresse hídrico”, destaca Mariana.
Segundo a pesquisadora, a expectativa é que a metodologia possa ser aplicada em outros sistemas, inclusive, considerando pesquisas com foco na conservação e preservação. “Como a microbiota responde e qual a influência dessa resposta para a conservação de animais ameaçados, nesse ambiente que está mudando tanto?”, questiona.
Matéria: Malena Stariolo | Jornal da Unesp.