Morphological and behavioural variation in ants: comparing species, castes and individuals

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Teixeira, Andreia Filipa Eusébio Vincent
Data de Publicação: 2015
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10451/22595
Resumo: Tese de mestrado, Biologia Evolutiva e do Desenvolvimento, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2015
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spelling Morphological and behavioural variation in ants: comparing species, castes and individualsCastas comportamentaisDeterminação de castasHormona juvenilMonomórficaPlasticidade fenotípicaTeses de mestrado - 2015Departamento de Biologia AnimalTese de mestrado, Biologia Evolutiva e do Desenvolvimento, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2015Environment plays a fundamental role in living organisms’ adaptation and selection. Developmental plasticity allows individuals to sense the surrounding environment and produce different phenotypes in response to biotic and abiotic cues. Individuals are exposed to these cues during larval phase and transduce it to shape and size adaptations in the adult. Social insects are a good (non-)model organism to study developmental plasticity since they present dramatic castes differences. The reason behind ants’ ecological success is division of labour and each colony is divided in groups according to specific tasks, like reproduction and colony defence. Morphology appeared early as a caste defining factor, but soon age and physiology were included in the list. Extreme dimorphism between queens and workers demonstrated that morphology and behaviour should not be considered independent traits and species whose worker caste is divided in sub-castes highlighted that more attention should be paid to within caste variation and specializations. Morphology is determined by growth during development and thus regulated by juvenile hormone and ecdysone, which together can reprogram metamorphosis timing. In this work we compare species, castes and individuals morphology and can have an overview of how much variation is found between and within groups. Within worker castes we performed a detailed analysis on morphology and behaviour and found some task division signatures, even in monomorphic castes. Finally we simulated environmental cues by manipulating endogenous hormonal levels and to know if a monomorphic species is able to produce intermediate phenotypes when exposed to the same conditions as dimorphic species. Our morphometric analysis demonstrated that we could find more differences between than within castes, and also allowed us to suggest the existence of more caste-related traits in contrast with other more species-related. Intra-caste analysis suggested the existence of task-specific behavioural groups within monomorphic colonies. Hormonal manipulation results were affected by the nature of compounds used and also by the absence of a specific dosage-response curve for species used. However we could also address some colony specificity in the response to treatments, and differential sensibility to these.A morfologia afecta todos os aspectos do ciclo de vida de um organismo. Há uma relação muito próxima entre o tamanho e forma de um determinado indivíduo e o comportamento que este adquire num determinado ambiente. O comportamento de cada indivíduo vai também afectar e moldar o ambiente em que este é seleccionado, tornando todas estas interacções mais complexas. Contudo alguns indivíduos conseguem ajustar o seu desenvolvimento e fenótipo ao ambiente em que se encontram, e esta plasticidade fenotípica permite que um indivíduo, a partir de um genoma, possa produzir diferentes fenótipos de acordo com os estímulos a que é exposto. Os estímulos ambientais que provocam alterações no fenótipo do adulto só poderão ser efectivos se acontecerem em períodos de tempo específico durante o desenvolvimento, em que o indivíduo é capaz de sentir e traduzir o que se passa no ambiente envolvente e activar uma via que produz o fenótipo mais adequado. Estes estímulos podem ser bióticos, como a presença ou ausência de predadores para as Daphnia e a densidade populacional para os gafanhotos; ou abióticos, como a temperatura em Byciclus e a nutrição na produção de castas em insectos sociais. Os Hymenoptera são um grupo maioritariamente constituído por insectos sociais, e foi a sua enorme diversidade morfológica e comportamental que permitiu a sua adaptação a vários nichos ecológicos. Um dos factores que mais contribuiu para o sucesso ecológico deste grupo foi a divisão de tarefas, isto é, cada grupo de indivíduos dentro de uma colónia especializar-se-á numa determinada tarefa, defesa, forrageio ou responsáveis por cuidar das larvas, por exemplo. Este grupo ao qual pertencem as vespas, abelhas, térmitas e formigas tem sido muito útil para perceber como é que esta divisão de tarefas causou o aparecimento de castas. As formigas têm um sistema haplo-diplóide de determinação de sexo, em que todos os ovos fertilizados são diplóides e por isso originam fêmeas, enquanto os ovos não fertilizados são haplóides e originarão machos. Para além do comportamento e sazonalidade que se encontram associados a cada sexo, as formigas apresentam castas e, por vezes, sub-castas, o que as torna um modelo adequado para responder a questões relacionadas com plasticidade e de que forma esta pode ser moldada durante o desenvolvimento. As colónias são quase sempre constituídas por fêmeas, produzidas por rainhas fertilizadas, e um dos típicos exemplos do sistema de castas é a diferença de fenótipos que podemos encontrar entre as rainhas e as obreiras. Ao serem responsáveis por tarefas tão distintas, que envolvem um consumo energético tão diferente, estes indivíduos permitiram que a selecção actuasse sobre os fenótipos que melhor se adequavam a cada função. No entanto sabendo que as fêmeas são geneticamente idênticas podemos afirmar que o desenvolvimento larvar é o períodos-chave para que o indivíduo identifique os estímulos que o rodeiam e produza o fenótipo que melhor se adapta ao ambiente. As alterações ao desenvolvimento são induzidas pela nutrição, e no caso das formigas sabemos que o que provoca esta alteração é a quantidade de comida que as larvas recebem. A nutrição vai afectar os níveis hormonais endógenos, neste caso em particular da hormona juvenil, e uma das consequências é a alteração do limite de peso crítico necessário para que o indivíduo sofra metamorfose. As manipulações hormonais em larvas de insectos sociais foram o primeiro passo para compreender como é que estes sinais são interpretados pelo indivíduo e quais são os processos envolvidos na produção de fenótipos tão distintos. O período larvar está dividido em cinco estádios: primeiro, segundo e terceiro estádios larvares, pré-pupa e pupa; e é no final deste período que a metamorfose ocorre. A determinação de castas ocorre nas fases iniciais, enquanto as especializações associadas a sub-castas de obreiras são determinadas nas fases mais tardias. As sub-castas também terão surgido em resposta à selecção, produzindo morfologias ou secreções particulares de acordo com a função mais necessária à colónia. Isto conduziu à classificação da espécies de acordo com a variação que podemos encontrar em tamanho e forma dentro da casta das obreiras, podendo estas serem classificadas como monomórficas, dimórficas ou polimórficas. As espécies monomórficas apresentam uma ligeira variação em tamanho entre os indivíduos; as dimórficas apresentam fenótipos muito distintos, considerados como unidades discretas em resposta a um determinado gradiente ambiental; e as polimórficas têm uma distribuição muito ampla de tamanho e forma dos indivíduos ao longo desse mesmo gradiente. É importante perceber qual o grau de plasticidade associado a cada um destes casos e se os fenótipos produzidos se devem à não exposição a determinados estímulos ou se o genoma foi seleccionado para responder apenas quando necessário. Será que diferentes graus de dimorfismo se devem a diferentes sensibilidades aos estímulos ambientais? Para respondermos a este tipo de questões devemos primeiro focar-nos na caracterização detalhada, morfológica e comportamental, das espécies, castas e colónias. Estudos anteriores demonstraram que o tamanho e forma dos indivíduos são influenciados não só pelo ambiente mas também pela colónia em que estes se inserem. Isto relembra a importância de estudos descritivos e comparativos no que respeita à compreensão das bases evolutivas. Neste estudo fazemos uma comparação morfológica detalhada entre espécies, castas, colónias e indivíduos, aprofundando os conhecimentos relativamente à variação que pode ser encontrada e associada a cada um destes níveis de organização. No entanto sabemos também que a divisão de tarefas e de castas depende não só da fisiologia do indivíduo em fase larvar mas também em fase adulta. Para além das habituais castas morfológicas podemos também referir castas comportamentais, que podem ser ou não dependentes da idade dos indivíduos. O nosso grupo de espécies analisadas incluiu indivíduos com uma casta de obreiras monomórfica disponíveis em laboratório, Aphaenogaster senilis, e por isso analisámos em maior detalhe a sua morfologia e comportamento na tentativa de encontrar possíveis sub-grupos associados à divisão de tarefas. A relação entre a distribuição preferencial dos indivíduos e a sua complexa rede de interacções já se demonstrou fundamental para a organização das colónias, por isso usámos como indicador de divisão de tarefas a localização dos indivíduos na colónia. Verificámos que embora seja possível encontrar algumas diferenças morfológicas entre indivíduos que se encontram fora e dentro do formigueiro, é relativamente ao comportamento que se pode sugerir uma real divisão de tarefas nesta espécie. Mostramos que há uma forte tendência para que indivíduos encontrados fora do formigueiro se mantenham lá, sendo os possíveis responsáveis pelo forrageio e recolha de comida para a colónia. Outra questão importante é a capacidade de espécies monomórficas responderem a um gradiente de estímulos ambientais que afecte os indivíduos em diferentes fases do período larvar. Poderão alterações em fases mais tardias resultar no surgimento de fenótipos ou características intermédias entre as típicas castas? Manipulámos directamente os níveis da hormona juvenil nas larvas de A. senilis e os nossos resultados demonstram uma ausência de resposta por parte dos indivíduos. No entanto, a elevada taxa de mortalidade associada aos nossos tratamentos, a ausência de curvas de dosagem para os compostos utilizados e a incerteza acerca da efectividade das nossas manipulações representam possíveis problemas e dificultam explicações para os nossos resultados. Este trabalho demonstra a importância que os trabalhos descritivos e comparativos continuam a ter, bem como a relevância que o estudo da morfologia e comportamento dos organismos mantêm numa era que favorece visões mais abrangentes e questões mais gerais, tendo como base a genómica e a epigenética. Compreender a história natural dos nossos organismos modelo, e principalmente dos nossos organismos não-modelo, continua a ser fundamental para completar e integrar o que nos permitem concluir trabalhos com uma base molecular.Beldade, PatríciaMagalhães, SaraRepositório da Universidade de LisboaTeixeira, Andreia Filipa Eusébio Vincent2016-02-05T11:37:08Z201520152015-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10451/22595TID:201068184enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-07-14T15:13:28ZPortal AgregadorONG
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