As abelhas e os humanos são organismos tão diferentes quanto se possa imaginar. No entanto, apesar de suas muitas diferenças, semelhanças surpreendentes nas maneiras como eles interagem socialmente começam a ser reconhecidas nos últimos anos. Agora, uma equipe de pesquisadores da Universidade de Illinois Urbana-Champaign, com base em seus estudos anteriores, mediu experimentalmente as redes sociais das abelhas e como elas se desenvolvem ao longo do tempo. Eles descobriram que existem semelhanças detalhadas com as redes sociais dos humanos e que essas semelhanças são completamente explicadas por uma nova modelagem tea³rica, que adapta as ferramentas da física estata­stica para a biologia. A teoria, confirmada em experimentos, implica que existem diferenças individuais entre as abelhas, assim como entre os humanos.

O estudo, que mede a extensão das diferenças individuais na rede de abelhas mela­feras pela primeira vez, foi realizado pelo primeiro autor em física, Ph.D. estudante Sang Hyun Choi, pa³s-docs Vikyath D. Rao, Adam R. Hamilton e Tim Gernat, Presidente Swanlund de Fa­sica Nigel Goldenfeld e Presidente Swanlund de Entomologia Gene E. Robinson (GNDP). Goldenfeld e Robinson também são professores do Instituto Carl R. Woese de Biologia Gena´mica em Illinois, do qual Robinson éo diretor. A colaboração compreendeu medições experimentais do comportamento social das abelhas realizadas por Hamilton, Gernat e Robinson, com análise de dados por Rao e modelagem tea³rica e interpretação por Choi e Goldenfeld. Suas descobertas foram publicadas em um artigo recente na revistaProceedings of the National Academy of Science .

"Originalmente, quera­amos usar as abelhas como um inseto social conveniente para nos ajudar a encontrar maneiras de medir e pensar sobre sociedades complexas", disse Goldenfeld. "Ha¡ alguns anos, Gene, Tim, Vikyath e eu colaboramos em um grande projeto que colocou" ca³digos de barras "nas abelhas para que pudanãssemos monitorar automaticamente todos os lugares que elas fossem na colmeia, todas as direções para as quais apontassem e cada parceiro de interação . Dessa forma, podera­amos construir uma rede social no tempo, algo conhecido como rede temporal. "

Esse estudo, feito hálguns anos, envolveu imagens de alta resolução de abelhas com ca³digo de barras, com algoritmos que detectam eventos de interação mapeando a posição e orientação das abelhas nas imagens. Nesses estudos, os pesquisadores se concentraram na trofalaxia - o ato de transferir alimentos la­quidos boca-a-boca - ao medir as interações sociais entre as abelhas. Trophallaxis éusado não apenas para alimentação, mas também para comunicação, tornando-se um sistema modelo para estudar as interações sociais.

"Escolhemos olhar para a trophallaxis porque éo tipo de interação social das abelhas que podemos rastrear com precisão", disse Choi. "Como as abelhas estãofisicamente conectadas umas a s outras por contato de proba³scide durante a trophallaxis, podemos dizer se elas estãorealmente se envolvendo em uma interação ou não. Além disso, cada abelha estãomarcada para que possamos identificar cada indiva­duo envolvido em cada evento de interação. "

 

"Em nosso trabalho anterior, perguntamos quanto tempo as abelhas passam entre os eventos em que se encontram com outras abelhas e mostramos que elas interagem de uma maneira não uniforme", disse Goldenfeld. "Sang Hyun e eu pegamos o mesmo conjunto de dados, mas agora fizemos uma pergunta diferente: e sobre a duração dos eventos de interação, não o tempo entre as interações?"

Ao olhar para as interações individuais, o tempo gasto variou de interações curtas a interações longas. Com base nessas observações, Choi desenvolveu uma teoria em que as abelhas exibiam um traa§o individual de atratividade que poderia ser comparado a  interação humana. Por exemplo, os humanos podem preferir interagir com amigos ou familiares em vez de estranhos.

"Desenvolvemos uma teoria para isso com base em uma ideia muito simples: se uma abelha estãointeragindo com outra, vocêpode pensar nisso como uma espanãcie de" mola virtual "entre elas", disse Goldenfeld. "A força da primavera éuma medida de quanto atraa­dos eles estãoum pelo outro, então se a primavera for fraca, então as abelhas ira£o rapidamente quebrar a primavera e ir embora, talvez para encontrar outra abelha com quem interagir. fortes, eles podem permanecer interagindo por mais tempo. Chamamos essa descrição tea³rica de modelo ma­nimo, porque ela pode capturar quantitativamente o fena´meno de interesse sem exigir realismo microsca³pico excessivo e desnecessa¡rio. Os não fa­sicos ficam frequentemente surpresos ao saber que previsaµes e compreensão detalhadas podem ser feitas com uma quantidade ma­nima de entrada descritiva. "

Goldenfeld explicou que a estrutura matemática de sua teoria se originou de um ramo da física chamado meca¢nica estata­stica, originalmente desenvolvido para descrever a¡tomos de gás em um recipiente e, desde então, estendido para abranger todos os estados da matéria, incluindo sistemas vivos. A teoria de Choi e Goldenfeld fez previsaµes corretas sobre o conjunto de dados de abelhas mela­feras experimentais que foram coletados anteriormente.

Por curiosidade, a teoria foi então aplicada a conjuntos de dados humanos, revelando padraµes semelhantes aos do conjunto de dados das abelhas. Choi e Goldenfeld então aplicaram uma medida econa´mica para disparidades de riqueza e renda em humanos - denominada coeficiente de Gini - para mostrar que as abelhas exibiam disparidades em atratividade em suas interações sociais, embora não tão diferentes quanto os humanos. Esses resultados indicam uma universalidade surpreendente dos padraµes de interações sociais tanto em abelhas quanto em humanos.

"a‰ a³bvio que os indivíduos humanos são diferentes, mas não étão a³bvio para as abelhas", disse Choi. "Portanto, examinamos a desigualdade nonívelde atividade das abelhas de uma forma que independe de nossa teoria para verificar se as abelhas opera¡rias são realmente diferentes. Trabalhos anteriores realizados em nosso grupo usaram o coeficiente de Gini para quantificar a desigualdade em atividade de forrageamento das abelhas, então pensamos que esse manãtodo também funcionaria para examinar a desigualdade na atividade da trophallaxis. "

"Encontrar essas semelhanças impressionantes entre as abelhas e os humanos desperta o interesse em descobrir os princa­pios universais da biologia e os mecanismos que os sustentam", disse Robinson.

As descobertas dos pesquisadores sugerem que sociedades complexas podem ter regularidades surpreendentemente simples e universais, o que pode lana§ar luz sobre a forma como comunidades resilientes e robustas emergem de papanãis sociais e interações muito diferentes. Os pesquisadores prevaªem que a sua teoria ma­nima poderia ser aplicada a outros insetos eussociais já que a teoria não envolve mel caracteri­sticas especa­ficas-abelha.

Em estudos futuros, as mesmas técnicas da meca¢nica estata­stica podem ser aplicadas para entender a coesão das comunidades por meio de interações de pares bem caracterizadas, disseram Choi e Goldenfeld.

"Este foi meu primeiro projeto depois que entrei para o grupo de Nigel, e demorei muito para descobrir a maneira certa de abordar o problema", disse Choi. "Foi divertido e desafiador trabalhar em um projeto tão interdisciplinar. Como estudante de física estudando sistemas biola³gicos, eu nunca esperei usar conceitos da economia."

"Foi muito empolgante ver como ideias físicas simples poderiam explicar um fena´meno social aparentemente complexo e generalizado, e também fornecer alguns insights do organismo", disse Goldenfeld. "Fiquei muito orgulhoso de Sang Hyun por ter a persistaªncia e os insights para descobrir isso. Como toda ciência transdisciplinar, esse foi um problema realmente difa­cil de resolver, mas incrivelmente fascinante quando tudo aconteceu. Esse éo tipo de avanço que surge da co-localização de diferentes cientistas dentro do mesmo laboratório - neste caso, o Instituto Carl R. Woese de Biologia Gena´mica. "