Descubiertas sustancias relacionadas con la ferocidad de las abejas

Compuestos químicos identificados por científicos de Brasil pueden explicar por qué ciertas abejas menos agresivas se vuelven feroces. Este estudio salió publicado en Journal of Proteome Research

Por Peter Moon  |  Agência FAPESP – Científicos brasileños pueden haber descubierto la razón por la cual las abejas africanizadas son tan feroces. Los investigadores rastrearon sustancias químicas presentes en niveles más elevados en el cerebro de estos insectos en comparación con abejas melíferas y dóciles criadas por apicultores. 

De acuerdo con un estudio publicado en el periódico científico Journal of Proteome Research, dichos compuestos químicos pueden hacer que ciertas abejas menos agresivas se vuelvan feroces. 

Esos mismos compuestos habían sido detectados en el cerebro de moscas y ratones, en los cuales parecen regular la alimentación y la digestión. Éste es un ejemplo de la evolución del comportamiento de distintas especies mediante la aplicación de mecanismos moleculares análogos.

Esta investigación estuvo a cargo del equipo del profesor Mario Sérgio Palma en el Centro de Estudio de Insectos Sociales del Instituto de Biociencias de la Universidade Estadual Paulista (Unesp), en la localidad de Rio Claro, en Brasil. Es un trabajo que cuenta con el apoyo de la FAPESP en el marco de un Proyecto Temático que integra el Programa FAPESP de Investigaciones en Caracterización, Conservación, Restauración y Uso Sostenible de la Biodiversidad (BIOTA-FAPESP). Esta línea de investigación está relacionada con el estudio del complemento de proteínas de los sistemas animales.

“Estudiamos la composición de las proteínas de los sistemas glandulares de avispas, abejas, hormigas, arañas y escorpiones. Y determinamos las funciones individuales de cada proteína y sus interacciones moleculares, además de sus estructuras moleculares. Esto abarca a los venenos de esos animales, como así también a los sistemas de comunicación química a través de compuestos químicos y la neuroquímica de la regulación del comportamiento de los artrópodos por la vía del sistema nervioso”, declaró Palma a Agência FAPESP. 

Este estudio apuntó a investigar el mecanismo de producción de neurohormonas en el cerebro de las abejas. Las neurohormonas son los compuestos químicos que se encargan de la regulación del sistema nervioso, con implicaciones en la mediación de los comportamientos sociales de estos insectos.

“Pretendíamos estudiar el origen y el metabolismo de las proteínas precursoras de los neuropéptidos en el cerebro de las abejas para entender cómo se producían esas hormonas. Y anhelábamos también identificar las áreas del cerebro responsables de las acciones de esos compuestos. Para ello empleamos imágenes espectrales generadas mediante espectrometría de masas”, explicó Palma. 

Esta técnica permite detectar compuestos químicos dentro de los tejidos sin necesidad de contar con extractos celulares. Estas imágenes también permiten conocer la zona del cerebro en donde actúan las referidas hormonas. “Podemos conocer la estructura química de los neuropéptidos y mapear las áreas del cerebro en donde operan”, dijo. 

Los experimentos se realizaron en el colmenar del Instituto de Biociencias de la Unesp. “Prácticamente todas nuestras colonias son de abejas africanizadas”, dijo Palma. “Trabajamos con abejas africanizadas desde hace más de 20 años, toda vez que en el Departamento de Biología del Instituto de Biociencias de la Unesp se estudian estos insectos desde su fundación, hace 60 años.”

Se transportaron los panales al laboratorio, en donde se procedió a identificar a los ejemplares recién emergidos y se los marcó con tintas no tóxicas. Luego de devolver dichos panales a las colmenas del apiario, se esperó hasta que las abejas marcadas llegasen a la edad deseada para realizar el experimento. 

Cuando esto sucedió, los panales volvieron al laboratorio y se separó a las abejas marcadas con tintas de colores para su utilización en experimentos de agresividad.

Se las dispuso entonces en escenarios de observación. Se colgaron con cuerdas blancos con forma de esferas de 5 centímetros de diámetro recubiertos con gamuza negra frente a cada escenario, de manera tal que al balanceárselas, las esferas invadiesen los escenarios en donde se encontraban las referidas abejas marcadas.

“Las abejas concretaron diversos comportamientos de alerta y agresión. Y los investigadores observaron y registraron dichos comportamientos”, dijo Palma.

Además de expresar distintos comportamientos agresivos, algunos ejemplares también aguijonearon los blancos. Al hacerlo, esos insectos quedaron sujetos a los blancos por sus aguijones con sus puntas de arpones, razón por la cual no pueden retirarlos. Entonces se los congeló inmediatamente en nitrógeno líquido y se los diseccionó. Se les extirparon sus cerebros y se los rebanó. Estas rodajas se utilizaron en los estudios de análisis proteómico, un área de la biotecnología en la cual se estudia el conjunto de proteínas expresadas en una célula o en un tejido.

El equipo de la Unesp también reunió abejas obreras que permanecieron dentro de las colmenas durante los ataques a los efectos de compararlas con las otras obreras más agresivas.

Todas las muestras se analizaron dentro de los tejidos. Y luego mediante el uso de radiación láser, que genera la ionización de las proteínas y los péptidos. Éstos se analizaron en el espectrómetro de masas, donde se pueden detectar pequeñas cadenas de proteínas o péptidos a los efectos de conocer su estructura química.

“Cuando se preparan las muestras de cerebro en forma de rodajas, el instrumento crea un patrón virtual de orientación espacial dentro de cada tejido que permite correlacionar la presencia de espectros típicos de cada molécula analizada con la posición espacial dentro del tejido. Así es como se identifican las moléculas, al tiempo que se estiman sus concentraciones y se determina su ubicación”, dijo Palma.

“Y al final se generan imágenes de los cortes histológicos en forma de topografía molecular y mapas de contorno, indicándose las extensiones y los límites de cada una de las distintas áreas del cerebro”, añadió el investigador. 

Hormonas y agresión 

Acerca de la diferencia hallada entre las abejas capturadas fuera de la colmena y las que permanecieron dentro de la misma, Palma remarca que no se trata del lugar sino de diferencias que se aprecian entre las abejas obreras que ejecutan los distintos comportamientos de alarma y agresión (fundamentalmente el de aguijonear el blanco) y aquéllas que no se vuelven agresivas (aun  cuando se las estimula). 

“El cerebro de las abejas no agresoras exhibió proteínas precursoras intactas en su forma no activa, es decir, cuando no están estimulando comportamientos agresivos”, sostuvo. 

Por otra parte, el cerebro de las abejas agresoras presentó solamente las formas maduras de esas proteínas. Son fragmentos menores y activos de las proteínas precursoras, generados por la acción de enzimas conocidas como proteasas. Esos fragmentos menores a su vez pasan por procesos de modificaciones químicas para volverse activos. Así se forman los neuropéptidos activos que determinarán el comportamiento agresivo de las abejas. Los neuropéptidos son hormonas que regulan el cerebro y otros tejidos a los afectos de adaptar al organismo para la realización de un conjunto de comportamientos. 

“En la práctica, esto significa que los neuropéptidos le indican al organismo que realice las funciones metabólicas, fisiológicas y/o farmacológicas que preparan al individuo para ejecutar uno o más conjuntos de comportamientos. En el caso en estudio, el conjunto de comportamientos quedó relacionado con la agresión”, dijo Palma.

“Los neuropéptidos que encontramos existen con pequeñas diferencias estructurales en diversos insectos, pero hasta ahora estaban escasamente caracterizados química y funcionalmente. En las abejas agresoras, las funciones de dichos neuropéptidos consistieron en regular el metabolismo energético, activar los mecanismos de vigilancia y coordinación espacial del vuelo y estimular la producción de feromonas de alarma”, dijo. 

Cuando los investigadores observaron que los neuropéptidos estimulaban el comportamiento agresivo, resolvieron sintetizar estos compuestos en laboratorio para luego inyectárselos a obreras jóvenes, abejas que supuestamente no estaban todavía preparadas para ejecutar comportamientos agresivos. 

“El resultado indicó que algún tiempo después de habérseles inyectado los neuropéptidos, esas obreras empezaron a ejecutar comportamientos agresivos. Incluso pasaron a aguijonear los blancos”, dijo el coordinador del Proyecto Temático FAPESP. 

El origen de la ferocidad

La agresividad de las abejas se dispara como parte del mecanismo de defensa de la colonia. Tal comportamiento comienza con un conjunto de estímulos físicos y químicos tales como movimientos bruscos, sonidos agudos, colores oscuros y fuertes olores, generalmente asociados con la presencia de intrusos, invasores o predadores de la colonia. Eso dispara una reacción en cadena de una serie de procesos metabólicos y fisiológicos con el objetivo de activar en los insectos agresores la ejecución de los comportamientos de alarma y agresión.

“Aparentemente, la primera reacción a dichos estímulos lleva a la maduración de los precursores de las neurohormonas en el cerebro de las abejas y a la consiguiente formación de los neuropéptidos maduros, que se distribuyen en concentrados y en áreas específicas del cerebro”, dijo Palma.

“Al actuar en las neuronas de esas zonas, esos neuropéptidos activan una serie de procesos metabólicos y fisiológicos que resultan en los comportamientos de alarma y agresión y culminan con las aguijoneadas”, dijo. 

Los precursores de los neuropéptidos se encuentran listos en el cerebro de las obreras adultas. Pero mientras que estás son jóvenes aún, tales precursores no se dividen y, por ende, no pueden resultar en neuropéptidos maduros o activos. 

Pero cuando las obreras cumplen entre 15 y 20 días de edad ya cuentan con herramientas moleculares como para catalizar la maduración de los precursores. De allí que en presencia de estímulos fisicoquímicos amenazadores, se activarán los neuropéptidos en sus cerebros instantáneamente, y las obreras pasarán a mostrar el comportamiento agresivo.

“Cuando inyectamos los neuropéptidos sintéticos en sus formas maduras, las obreras jóvenes pasaron a disponer de neuropéptidos maduros, que en pocos minutos empezaron a activar las transformaciones metabólicas y fisiológicas tendientes dotar a esos ejemplares de la aptitud para ejercer comportamientos agresivos”, dijo Palma.

El artículo intitulado MALDI Imaging Analysis of Neuropeptides in Africanized Honeybee (Apis mellifera) Brain: Effect of Aggressiveness, de Marcel Pratavieira, Anally Ribeiro da Silva Menegasso, Franciele Grego Esteves, Kenny Umino Sato, Osmar Malaspina y Mario Sergio Palma se encuentra publicado en el siguiente enlace: pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jproteome.8b00098.