Fábio Santos do Nascimento.

The evolution of sociality in insects is an example of a so-called "major transition in evolution", whereby previously solitary breeding insects went on to live in social groups characterized by the presence of an advanced reproductive division of labour. . This basic model, known as the "Ovarian Ground Plan Hypothesis" (OGPH), was later modified into the "Reproductive Ground Plan Hypothesis" (RGPH) and several other derived theories, which all argue that the genetic and hormonal networks controlling the reproductive cycle of pre-social ancestors not only lie at the basis of the queen and worker phenotypes but also underlie the division of labour among non-reproductive social insect workers (e.g. foraging vs. nursing). In our own work on the evolution of sociality in insects, we recently made the breakthrough discovery that conserved queen signals help to regulate the reproductive division of labour across different lineages of social insects. In addition, we found that queen fertility and queen signal production in the highly eusocial common wasp appeared to be under shared juvenile hormone (JH) control. The general aim of this research project will be to determine how hormonal and reproductive cycles in pre-social ancestors were co-opted and modified during the evolution of primitive and advanced eusociality in wasps. More specifically, we will compare European and Brazilian primitively and advanced eusocial species of wasps with their direct pre-social ancestors to test whether and how endocrine JH cycles in pre-social ancestors have been used as building blocks to regulate reproduction, reproductive signalling and division of labour during the progressive evolution of sociality.

Os insetos sociais são reconhecidos pela eficiência na divisão de trabalho entre seus membros e, para que isso ocorra, são necessários mecanismos de sinalização e receptores sofisticados que decodificam e transmitem ao cérebro todas as informações sobre a colônia e o ambiente externo. Os insetos sociais podem ser considerados como "fábricas" de compostos químicos que são produzidos porglândulas exócrinas e/ou distribuídos sobre sua cutícula e são fundamentais para as várias funções que regulam as atividades coloniais.Além disso, o cérebro dos insetos é uma estrutura que possui plasticidade morfo-funcional que deve acompanhar a ontogeniacomportamental de grupos de operárias que possuem especificidade para determinadas tarefas, apresentando diferentes volumes e/ou especializações em certas subregiões da neurópila. O objetivo principal deste projeto é identificar padrões de plasticidade fenotípica responsáveis pelos comportamentos diferenciados entre castas de abelhas, formigas e vespas, utilizando para este fim técnicas de experimentação e observação para definir os repertórios comportamentais dos indivíduos com ontogenia etária conhecida e estabelecer um paralelo entre a identidade química e arquitetura cerebral, utilizando a cromatrografia a gás acoplada à espectometria de massas e a análise de microscopia por fluorescência confocal.

Hidrocarbonetos cuticulares são os principais componentes químicos estudados atualmente na comunicação em insetos sociais. Essas substâncias vêm sendo indicadas como um dos compostos responsáveis pelo reconhecimento de companheiras de ninho, além de estarem envolvidos em muitos outros processos comportamentais. O conhecimento sobre o envolvimento dos hidrocarbonetos cuticulares mediando processos comportamentais é mais bem estudado entre espécies de formigas, abelhas e vespas sociais de regiões temperadas. As vespas sociai (Polistinae), formigas Ponerinae e abelhas do gênero Euglossa que estão na distribuídas na Região Neotropical são organismos importantes para o conhecimento da evolução do comportamento social por apresentam vários graus de socialidade (de espécies solitárias a eussociais) e variações quanto à fisiologia e morfologia. Esses insetos apresentam grande variabilidade em termos de comportamento social, com colônias temporárias a perenes, fundação solitária à formação de enxames, além de uma condição sinapomórfica de ausência de diferenciação de castas a uma conspícua variação morfológica entre castas, o que os tornam candidatos ideais para se entender os mecanismos que promovem a variabilidade química cuticular dos indivíduos e das colônias. Desta maneira, a investigação dos perfis químicos de hidrocarbonetos cuticulares associados com dados de reprodução, fisiologia e análises comparativas seguramente fornecerão importantes informações em relação à relevância dos compostos na organização destas sociedades e na relação filogenética entre os táxons envolvidos.

The International Cooperative Biodiversity Group (ICBG) Program addresses the interdependent issues of drug discovery, biodiversity conservation, and sustainable economic growth (http://www.icbg.org/). Our ICBG brings together an interdisciplinary leadership team of physicians, pharmacologists, evolutionary biologists, and chemists that will discover and develop therapeutic agents produced by Brazilian bacteria. The team will target three therapeutic areas: 1) infectious fungal diseases, 2) cancers of the blood, and 3) Chagas disease, all of which urgently require new therapeutic agents to meet unmet needs. Invasive fungal diseases are a challenge to human health and now kill more people than malaria or TB. In spite of major improvements in cancer chemotherapy, cancer will kill 8-million people around the world this year (13 of all deaths, WHO) and an estimated 13-million in 2030. Chagas disease imposes a special burden on Brazil, which has roughly half the world?s patient population (4-million Brazilians), and the disease kills as many Brazilians as does TB. The ICBG has focused and separate screening platforms for all three diseases that can perform all required steps from primary screens through in vivo mouse model studies. The ICBG will focus on the bacterial symbionts of social insects like the fungus-growing ants as these insect communities have specialized bacterial symbionts that provide chemical defenses against pathogenic fungi that threaten their communities. The ecological role of the bacterially produced chemical defenses ? killing pathogenic fungi but sparing the fungal gardens and the insect host ? matches the therapeutic requirements for antifungal, anticancer, and antiprotozoal agents. The population level diversity of the bacterial producers will also provide multiple variations of a structural family, which will be very useful in supporting a discovery and development pipeline. The discovery efforts will make extensive use of cutting edge technology and genomic approaches. Bacteria will be micro-cultured for high-throughput primary phenotypic screens, and priority actives will be re-cultured for secondary screens and then dereplication. All bacterial strains will be genotyped (16S), and strains advancing along pipelines will have their genomes sequenced and subjected to bioinformatic analysis. In addition, the ICBG will undertake major efforts to catalog Brazil?s microbial diversity, train Brazilian scientists, and support the development of drug discovery in the country.

Auxilío Regular à Pesquisa FAPESP proc. 2013/04092-7 - Este projeto propõe o estudo inédito de micro-organismos associados a dois insetos sociais: a formiga cortadeira Atta sexdens rubropilosa e a abelha sem ferrão Scaptotrigona depilis. Pretende-se isolar os micro-organismos simbiontes destes insetos e caracterizar os produtos naturais produzidos por estes micro-organismos. Ainda, esforços serão direcionados na tentativa de entender a função dos produtos naturais na proteção dos ninhos dos insetos, através da realização de ensaios antimicrobianos contra micro-organismos entomopatogênicos. O projeto é claramente interdisciplinar e para que os objetivos sejam alcançados, uma equipe de pesquisadores colaboradores com diferentes expertises está envolvida.

Cooperation is ubiquitous in the natural world: different genes and cells work together within multicellular organisms, many animals cooperate in societies, different species can engage in interspecific mutualisms and humans cooperate with each other in a myriad number of ways. Yet, cooperation represents a major evolutionary challenge, since uncooperative, selfish individuals would frequently be expected to be at an advantage relative to more cooperative group members. Solving the puzzle of cooperation is considered by some as among the most important outstanding questions in biology and the social sciences at this moment. In recent years, insect societies such as bees and wasps have emerged as a major model system to study the question of what sets the balance between cooperation and conflict in biological systems. In my own research, for example, we have found that cooperation in insect societies is to a large extent socially enforced and that some conflicts in insect societies resemble ?tragedies of the commons?, which previously were known mainly from human systems. The primary aim of this part of the project will be to test how queen pheromones in social insects evolved across different lineages of social insects with widely divergent phylogenetic placement (e.g. stingless bees and primitively eusocial wasps). This will enable us to test whether structurally related compounds are used to regulate reproduction in these various groups of social insects.

Tetragonisca angustula shows several exceptional adaptations in defensive organisation. These include the existence of hovering guards (Bowden et al. 1994; van Zweden et al. 2011; Wittmann 1985; Wittmann et al. 1990), the exceptionally low error rate in nestmate/non-nestmate-recognition (Kärcher & Ratnieks 2009; Jones et al. 2012) and a physically specialised defence caste (soldiers) (Grüter et al. 2012). The objective of this project is to better understand nest-defence in Jataí from a chemical and evolutionary ecological perspective and compare Jataí with other species of stingless bees.

Colônias de insetos sociais são altamente cooperativas. No entanto, conflitos de interesse reprodutivo entre membros de sociedades não-clonais são passíveis de ocorrer. Em colônias encabeçadas por apenas uma fêmea (monoginia) acasalada por um único macho (monoandria), por exemplo, a teoria da seleção por parentesco (kin selection) prediz a existência de conflitos matrifiliais (rainha x operárias) sobre a produção dos machos e a alocação da razão sexual. Conflitos reprodutivos são divisíveis e podem reduzir o sucesso da colônia como um todo. Desta forma, nos diferentes grupos é esperada a evolução de estratégias reprodutivas de manipulação e contra-manipulação pelas partes no conflito em questão, por meio da qual a manutenção do comportamento eusocial pode ser explicada. Além disso, vespas, formigas e abelhas sociais fornecem variados sistemas genéticos de grande interesse para se testar algumas predições baseadas na seleção por parentesco. Sob esta perspectiva, este projeto tem como objetivos verificar os mecanismos intrínsecos que estes grupos utilizam para permitir a regulação social das colônias. A utilização de inovadoras técnicas de experimentação e observação comportamental em conjunto com a análise da estrutura genotípica das colônias pelo uso de DNA microssatélite e o estudo dos perfis de hidrocarbonetos cuticulares fornecerá importantes informações para o entendimento da manutenção da eusocialidade nos himenópteros

O presente projeto tem como objetivos principais estudar os mecanismos biológicos que resultam em conflitos coloniais em algumas espécies de formigas e abelhas sociais. A utilização de abelhas da tribo Meliponini como sistemas biológicos permitirá testar algumas importantes predições da seleção parental. O estudo das formigas Ponerini possibilitará verificar a hipótese do policiamento da rainha sobre a reprodução operária e como os conflitos envolvendo a produção de machos são resolvidos. Além disso, a capacidade reprodutiva individual e o reconhecimento parental serão analisados concomitantemente por meio de experimentos comportamentais, perfis de hidrocarbonetos cuticulares (micro-extração em fase sólida e métodos convencionais de extração).

As abelhas possuem um papel de grande importância para o meio ambiente uma vez que podem ser criadas para extração de seusprodutos e principalmente porque são responsáveis na polinização das flores, sendo as sem ferrão responsáveis por 40% a 90% da polinização das árvores nativas.As principais espécies de abelhas indígenas popularmente conhecidas como sem ferrão, são uruçu verdadeira, uruçu amarela, jataí, mandaçaia e tiuba amarela entre outras. A criação racional de abelhas indígenas, conhecidas como Meliponicultura, ainda está em estágio inicial de desenvolvimento, mas é cada vez maior o interesse dos pequenos agricultores por essa atividade, já que é economicamente sustentável. As regiões norte e nordeste se sobressaem como grandes berços para o sucesso da meliponicultura de mercado, fato relacionado ao clima, às espécies existentes e disponibilidade de recursos florais. 1. Desenvolvimento de um sistema de produção de espécies de abelhas indígenas sem-ferrão (Apidae: Meliponinae) em uma comunidade do semi-árido do estado de Sergipe com finalidade de extração, processamento e comercialização dos produtos da meliponicultura;
2. Avaliação de diferentes de espécies de abelhas para a produção de mel no semi-árido segipano;
3. Reintrodução de espécies nativas de abelhas em áreas degradadas;

Os objetivos deste estudo serão testar algumas das previsões baseadas na seleção parental (kin selection). A característica bionômica da construção de ninhos gigantes em P. simillimus, permitirá a verificação da hipótese do controle real (policiamento da rainha) sobre a reprodução das operárias e sobre o controle da produtividade colonial. O tamanho da colônia poderia, neste caso, afetar o equilíbrio rainha-operárias: a eficiência do policiamento da rainha diminuiria conforme a colônia crescesse. Neste caso, poder-se-ia esperar um desvio masculino na razão sexual em colônias maiores, onde as operárias escapariam do controle da rainha e produziriam mais filhos

Societies are subject to internal conflicts because the interests of individuals vary. In insect societies conflicts revolve around colony reproduction, the rearing of young queens and males, and are manifested as manipulation of reproduction. For example, a worker may bias the sex ratio of the colony's young males and queens during brood rearing, thereby favouring the rearing of more related sisters over brothers, or may attempt to reproduce directly by laying eggs, thereby favouring the rearing of more related sons over brothers. Reproductive conflict is divisive and can reduce the success of the society as a whole. Hence, mechanisms are required to resolve conflict. This project will test theoretical predictions concerning the roles of two key factors, kinship and coercion, in resolving conflict in societies of Vespinae wasps. Two types of coercion will be studied: centralised queen policing and decentralised worker policing. A major novel aspect will be to study the selective benefits of worker policing, and the possibility that direct reproductive benefit can promote its evolution. We will also test the long-standing hypothesis that centralised queen control can only be effective in small societies. As such, the project will make major innovative contributions to our understanding of conflict resolution in animal societies.

Conflitos reprodutivos potenciais entre castas são comuns nos insetos sociais. De uma maneira geral, a poliginia gera condições para um provável conjunto de conflitos parentais dentro destas sociedades. Desta forma, nos diferentes grupos é esperada a evolução de estratégias reprodutivas de manipulação e contra-manipulação pelas partes no conflito em questão, por meio das quais a manutenção do comportamento eusocial pode ser explicada. Nas colônias poligínicas de vespas epiponine, por exemplo, o conflito entre rainhas e entre rainhas e operárias leva à redução do número de rainhas à uma ou poucas em um fenômeno conhecido como oligoginia cíclica, pelo qual o parentesco genético entre os indivíduos da colônia aumenta em decorrência da redução das linhas maternas. Esta regulação é mediada por comportamentos ritualizados entre as rainhas nas fases iniciais e, posteriormente, por meio de testes agressivos de dominância realizados pelas operárias. Além disso, estudos recentes indicam que rainhas mais produtivas são reconhecidas e menos solicitadas agressivamente por operárias do que aquelas que são menos ativas na colônia . Este reconhecimento, como ocorre em outros grupos, poderia também estar relacionado com a presença de hidrocarbonetos cuticulares que conferem uma assinatura química para cada indivíduo. Este estudo tem como objetivo verificar os mecanismos intrínsecos que estas vespas utilizam para resolver os processos conflitantes que permitem a regulação social das colônias. A utilização de extensiva experimentação e observação dos mediadores comportamentais em conjunto com a análise química dos hidrocarbonetos cuticulares, fornecerá importantes informações para o entendimento da evolução da eusocialidade nos Hymenoptera.

O gênero Polistes é considerado como um grupo "chave" para o entendimento de vários aspectos evolutivos relacionados à origem e manutenção da eussocialidade dos insetos. Também são consideradas como um modelo para a compreensão da sociobiologia das interações de dominância/subordinação em animais invertebrados, devido à pequena diferenciação de castas que resulta em um alto potencial de conflitos reprodutivos entre os membros da colônia. O conhecimento detalhado das relações genealógicas entre os indivíduos é importante para o entendimento do significado evolutivo das interações sociais. Segundo a teoria da kin selection, indivíduos aparentados cooperam uns com outros de modo a obter benefícios indiretos em situações nas quais indivíduos que não possuem relações genéticas entre si não obteriam nenhuma vantagem. Visto o que foi exposto acima, um número de questões que permanece ainda não respondidas, tais como: avaliar como a reprodução é dividida durante a fundação das colônias; Definir os tipos de conflito que existem durante as várias fases do ciclo de desenvolvimento das colônias;Como ocorre a divisão do trabalho nestas colônias e que motivos levam alguns indivíduos a desempenhar tarefas mais arriscadas como, por exemplo, o forrageamento?;Qual o efeito da redução dos favos-satélites nas interações entre os membros das colônias? Qual o efeito da retirada da fêmea dominante sobre a hierarquia da colônia? A existência de patrulhamento operário (worker policing) de ovos destinados à produção de machos nas colônias?;Qual é o parentesco genético entre as fundadoras da colônia?; e qual a variação desse parentesco entre as colônias?