Formigas-cortadeiras Têm Uma Armadura Rochosa de Cristais Nunca Antes Vista em Insetos

Investigadores descobriram um novo tipo de mineral, semelhante à dolomite, que cobre o exoesqueleto das formigas-cortadeiras.

Publicado 2/12/2020, 15:24
A formiga Acromyrmex echinatior, uma espécie que cultiva fungos, tem um tipo de revestimento biomineral recém-descoberto ...

A formiga Acromyrmex echinatior, uma espécie que cultiva fungos, tem um tipo de revestimento biomineral recém-descoberto que serve de armadura.

Fotografia de Eduard Florin Niga / Eddimage Photography

As formigas-cortadeiras têm esta designação devido às suas capacidades hercúleas: cortam e transportam pedaços pesados de folhas, que geralmente têm várias vezes o seu peso e tamanho, percorrendo longas distâncias até às suas colónias, onde mastigam as folhas para alimentar culturas subterrâneas de fungos. Ao longo do caminho, os insetos enfrentam todos os tipos de predadores – e envolvem-se regularmente em confrontos com outras formigas.

Mas estes insetos são ainda mais resistentes do que se pensava.

Um novo estudo mostra que uma espécie de formiga-cortadeira da América Central tem uma armadura natural que cobre o seu exoesqueleto. Este revestimento em forma de escudo é feito de calcite com altos níveis de magnésio, um tipo que se encontra apenas numa outra estrutura biológica: nos dentes do ouriço-do-mar, que conseguem moer calcário.

Os ossos e dentes de muitos animais contêm minerais calcíferos, e os crustáceos, como os caranguejos e as lagostas, têm conchas e outras partes do corpo mineralizadas. Mas antes desta descoberta mais recente, nenhum tipo de calcite tinha sido encontrado em qualquer inseto adulto.

A armadura da Acromyrmex echinatior ajuda a formiga a sobreviver aos confrontos com outras espécies de formigas.

Fotografia de Eugenia Okonski, INSTITUTO SMITHSONIAN

De acordo com um artigo publicado no dia 24 de novembro na revista Nature Communications, nas formigas-cortadeiras, este revestimento é composto por milhares de cristais minúsculos que endurecem o seu exoesqueleto. Esta “armadura” ajuda a evitar que os insetos percam partes do corpo durante as batalhas que travam com outras formigas e também combate infeções fúngicas.

Esta descoberta é particularmente surpreendente porque as formigas são bem conhecidas. “Existem milhares de artigos sobre formigas-cortadeiras”, diz Cameron Currie, coautor do estudo e biólogo evolucionário da Universidade de Wisconsin-Madison.

“Ficámos muito entusiasmados por encontrar [isto] num dos insetos mais bem estudados da natureza”, diz Cameron.

Embora este artigo só tenha observado uma espécie, a Acromyrmex echinatior, Cameron e os seus colegas suspeitam que as outras formigas relacionadas também podem ter este biomineral.

Formigas cobertas de rocha

Há cerca de 60 milhões de anos, muito antes de os humanos ou os seus antepassados mais imediatos evoluírem, as formigas-cortadeiras já tinham inventado a sua própria forma de agricultura. As suas culturas subterrâneas de fungos são o resultado de uma relação simbiótica que fornece alimento para as larvas das formigas e proteção para os fungos, e cada espécie de formiga tem a sua própria espécie de fungo.

Algumas das quase 50 espécies de formigas-cortadeiras, incluindo a formiga agora estudada, também têm uma bactéria simbiótica que impede que os seus jardins sejam infetados por outros fungos nocivos. Estas bactérias revestem as jovens trabalhadoras – enquanto estas vagueiam pelos seus jardins de fungos – e segregam substâncias químicas que matam os fungos invasores.

Hongjie Li, que fez a sua investigação de pós-doutoramento no laboratório de Cameron Currie – agora investigador na Universidade de Ningbo, na China – começou por estudar estas bactérias e rapidamente ficou intrigado com os estranhos cristais minúsculos que cobriam o exoesqueleto das formigas. Hongjie convenceu geólogos a ajudarem-no a estudar este material semelhante a um mineral, usando vários tipos de técnicas de imagiologia, incluindo microscopia eletrónica, para caracterizar a sua composição.

Em 2018, numa manhã de outono, quando Hongjie obteve os resultados que mostravam que as formigas estavam cobertas por um tipo de biomineral que nunca tinha sido observado noutro inseto, Hongjie ficou em êxtase.

“Havia rochas nas formigas”, diz Hongjie. “Eu encontrei formigas rochosas!”

Hongjie diz que a armadura das formigas é muito semelhante em composição à dolomite mineral, mas é bastante mais resistente.

Como acontece com todos os insetos, as formigas também têm exoesqueletos feitos de quitina, que é resistente e flexível. Para perceber se esta camada adicional de biomineral agia como uma forma de armadura extra, Hongjie e os seus colegas começaram por criar formigas em laboratório – com e sem a camada biomineral. (Se as formigas forem separadas da sua colónia enquanto ainda são pupas e criadas em determinadas condições, não desenvolvem o revestimento.) Depois, os investigadores fizeram vários testes.

Guerra de formigas

Uma das experiências envolveu colocar as formigas a lutar contra uma espécie um pouco maior, mas intimamente relacionada, em “guerras de formigas”, diz Hongjie. Ao longo de uma hora de batalha, as “formigas rochosas” perderam três vezes menos partes corporais do que as formigas sem o revestimento mineral.

Os investigadores também expuseram os insetos a um fungo patogénico que pode infetar formigas e que está relacionado com espécies de fungos que provocam um comportamento “semelhante ao de mortos-vivos”. Passados seis dias, todas as formigas sem os minerais tinham morrido. Mas só metade das suas parentes blindadas é que sucumbiram.

Outra das experiências também demonstrou que os exoesqueletos destas formigas são duas vezes mais resistentes quando contêm os biominerais.

Este revestimento mineral também se expande à medida que as formigas envelhecem. As formigas mais jovens, que cuidam dos jardins de fungos e não enfrentam um perigo elevado de ataques por parte de outras formigas ou de predadores, não têm a mesma necessidade deste revestimento. Quando atingem uma idade em que se começam a alimentar fora dos jardins de fungos, as formigas já têm uma camada mais espessa do que quando eram jovens, diz Hongjie.

Andrew Suarez, entomologista da Universidade de Illinois, diz que é particularmente entusiasmante ver este tipo de mineral num exoesqueleto, considerando que já foram encontrados minerais semelhantes em estruturas especializadas mais isoladas, como por exemplo em dentes.

“Seria o mesmo que ter o nosso corpo revestido [com minúsculos cristais] de esmalte”, diz Andrew Suarez, que não participou no estudo.

“Gostei deste artigo porque documenta uma novidade – esqueletos com biominerais em insetos”, diz Andrew Knoll, especialista em biominerais da Universidade de Harvard.

“Alguns artrópodes fazem exoesqueletos de carbono e cálcio, incluindo... caranguejos, lagostas e trilobites extintos, mas estender isto a insetos completamente terrestres é genuinamente interessante.”

Armaduras por descobrir

Os cientistas dizem que estes tipos de cristais biominerais também podem ter aplicações de fabrico, como revestimentos ou nano-cristais que adicionam resistência ou previnem a corrosão em vários materiais.

Por enquanto, os cientistas dizem que é preciso compreender o papel desempenhado por estes minerais nas próprias formigas – e perceber se há outras armaduras e biominerais ainda por descobrir.

“É provável que existam”, diz Cameron Currie. “Se desconhecíamos os biominerais nesta espécie, o que é que isso nos diz sobre os 99.9% dos insetos que foram alvo de poucos ou nenhuns estudos?”
 

Este artigo foi publicado originalmente em inglês no site nationalgeographic.com.

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