Para Tarnita, o problema com sistemas coletivos como migrações de gnus e enxames de gafanhotos éque eles não se prestam facilmente a  manipulação experimental, para testar se os solita¡rios são aleata³rios ou uma quantidade previsível, possivelmente sujeitos a seleção natural ou cultural. Mas ela e seus colaboradores encontraram um sistema ideal para testar essas questões: o mofo celular, Dictyostelium discoideum . Na edição de 18 de mara§o da PLoS Biology, eles demonstraram que a evolução poderia de fato selecionar o comportamento solita¡rio nos fungos. Os solita¡rios são um plano de seguro ecola³gico e evolutivo, uma maneira de diversificar um portfa³lio genanãtico para garantir a sobrevivaªncia do comportamento social e coletivo.

Considere o humilde molde de lodo. Como visto nos muitos va­deos que Bonner fez ao longo de sua carreira de sete décadas, quando eles são ameaa§ados pela fome, as minaºsculas amebas se fundem em criaturas parecidas com lesmas que se agregam em uma torre grande e oscilante que cresce para cima com um topo esbelto e crescente - atéesse topo se prende a um inseto passageiro involunta¡rio, os esporos resistentes a  fome que viajam de carona pelo mundo, enquanto todos os indivíduos que compõem a base e o caule morrem. Em outras palavras, a fase coletiva énecessa¡ria para a sobrevivaªncia e dispersão.

"Sempre que um sistema tem um comportamento coletivo, étão atraente e impressionante - e, como seres humanos, tendemos a ver o que chama a atenção", disse Fernando Rossine , estudante de pós-graduação no laboratório de Tarnita e um dos dois primeiros autores do artigo.

Mas o que chamou a atenção de Tarnita foram os solita¡rios de mofo, as amebas que resistem ao chamado bioqua­mico de formar a torre. Ela os notou pela primeira vez na semana antes de comea§ar seu trabalho na faculdade em Princeton em 2013.

" Eu estava em uma conferaªncia e um palestrante mostrava va­deos de fungos que executavam esse comportamento coletivo muito complexo, todos determinados a alcana§ar o centro da agregação " , disse Tarnita. "Quase todos, notei : aqui e ali, algumas células espalhadas na placa simplesmente não pareciam reagir a esse processo de agregação."

Ela perguntou sobre essas células solita¡rias, e o orador as descartou como "erros". "Em outras palavras, como podera­amos esperar que milhões de células se agregassem sem que alguns retardata¡rios fossem deixados para trás?" explicou Tarnita.

Quando chegou a Princeton, Tarnita se conectou com Allyson Sgro , que era então pesquisador de pa³s-doutorado no laboratório de Thomas Gregor , professor de física e biofa­sica . Sgro éagora professor assistente de engenharia biomédica e física na Universidade de Boston.

Juntos, Tarnita e Sgro "começam a cutucar os solita¡rios um pouco", disse Tarnita. Eles testaram os solita¡rios para ver se eram defeituosos de alguma forma, mas não conseguiram encontrar nada de errado com eles. Os solita¡rios comeriam se recebessem comida, e poderiam dividir-se, criar filhos e fazer tudo o que um mofo sauda¡vel faz. E, quando passavam fome, sua progaªnie podia se reunir na torre reprodutiva a  qual seus pais haviam resistido anteriormente. Mas eles também deixaram para trás alguns solita¡rios.

Como ecologista tea³rica, Tarnita éatraa­da por esses quebra-cabea§as que ocorrem naturalmente , que ela aborda com modelos matema¡ticos . Desta vez, ela começou com algumas perguntas fundamentais: E se ter alguns solita¡rios fora da torre não éapenas um erro? E se isso realmente fizer parte da estratanãgia deste organismo? Como isso pode funcionar?

Em um artigo anterior , Tarnita e seus co-autores - que inclua­am Sgro e Ricardo Martinez-Garcia, o pa³s-doutorado de Tarnita que atualmente éprofessor assistente de física biológica no Instituto Sul-Americano de Pesquisa Fundamental, no Brasil - teorizaram que poderia faz sentido que alguma fração da população de fungos permanea§a para trás, a fim de tirar proveito de quaisquer recursos que possam retornar ao ambiente enquanto o restante das células estiver agregando. Eles mostraram que isso era teoricamente via¡vel, mas o sonho era eventualmente caracterizar completamente o comportamento solita¡rio experimentalmente.

Rossine entrou, a quem Tarnita descreve como "extraordinariamente criativo, tanto conceitual quanto experimentalmente". Com orientação de Sgro, bem como de Gregor, em cujo laboratório todo o trabalho experimental foi realizado, Rossine começou a dominar o sistema.

Primeiro, ele ficou surpreso ao descobrir que os solita¡rios são mais numerosos do que se imaginava. Quando ele começou a tentar replicar as experiências com mofo de outros pesquisadores, Rossine descobriu que esses cientistas haviam otimizado cuidadosamente as condições para incentivar o número ma¡ximo de mofo a se juntar a  torre, mas mesmo assim, alguns solita¡rios se contiveram. "Mesmo nessas condições muito, muito idealizadas, vocênão pode excluir solita¡rios, porque simplesmente não pode - eles fazem parte do processo", disse ele. Quando Rossine fez experimentos com fungos coletados na natureza, ficou surpreso ao ver que até30% escolheram a vida solita¡ria em vez da ação coletiva.

Então veio a segunda surpresa: a proposta inicial de Tarnita sobre a natureza desses solita¡rios era apenas metade certa. Quando Rossine contou com precisão os solita¡rios, ele confirmou a hipa³tese de Tarnita de que eles não são decididamente erros aleata³rios, mas uma caracterí­stica heredita¡ria. No entanto, eles não eram uma fração constante da população inicial de células famintas, como ela havia teorizado. Em vez disso, seu número dependia da densidade da população. Em outras palavras, os solita¡rios não estavam jogando uma moeda e decidindo, por si mesmos, ficar para trás, como Tarnita havia assumido pela primeira vez.

Nas menores populações, eles descobriram, todas as células permanecem solita¡rias. Acima de um certo limiar, háde fato uma fração constante de amebas que evitam a construção de torres - mas com uma população inicial suficientemente grande, o número de solita¡rios se eleva.

Sua combinação de experimentação e modelagem tea³rica define este trabalho na “fronteira do nosso entendimento”, disse Silvia De Monte, um  modelador de eco-evolutiva dina¢mica populacional  com  CNRS, IBENS, Paris e no Instituto Max Plank , que não estava envolvido neste pesquisa. "Essa abordagem interdisciplinar lana§a uma nova luz sobre os processos subjacentes a  formação e evolução da multicelularidade agregada", disse ela. “Tarnita e seus colegas fornecem evidaªncias de que a proporção de células solita¡rias na ameba social Dictyostelium discoideum não ésimplesmente determinada por cada canãlula que joga uma moeda individualmente. Em vez disso, resulta de interações entre o [organismo] e o meio ambiente. ”

As ações coletivas oferecem enormes benefa­cios, mas geralmente trazem riscos, sejam os trapaceiros que minam a cooperação necessa¡ria para construir uma torre de mofo ou uma peste bovina - uma doença infecciosa também conhecida como praga do gado - se espalhando agressivamente pelos densos migrantes gnus. Os solita¡rios que se atrasam podem, portanto, servir como uma estratanãgia de cobertura de apostas, garantindo que os danos a  maioria não destruam toda a população ou sua capacidade de ser social. Em outras palavras, e contra-intuitivamente, os solita¡rios podem ser a chave para preservar o aspecto social desses sistemas - eles pra³prios não são sociais, o que os torna invulnera¡veis ​​aos tipos de ameaa§as que os coletivos enfrentam, mas seus filhos mantem a capacidade de serem sociais. sob as condições certas, para que a socialidade seja preservada.

"a‰ uma cobertura social de apostas", disse Rossine. “E uma conclusão fascinante que se segue de nossas descobertas éque, pelo menos para os fungos, a decisão de não fazer parte do coletivo anã, de fato, tomada coletivamente. Todas as células se falam quimicamente: 'Ah, vocêestãoindo? Acho que vou ficar. Ha¡ comunicação envolvida em se tornar um solita¡rio. ”

O trabalho foi bem-sucedido apenas por causa do nota¡vel espa­rito interdisciplinar que caracteriza o campus de Princeton, disse Tarnita. "A alta densidade de pessoas realmente inteligentes, preparadas para pensar interdisciplinarmente, facilita muito o ini­cio de colaborações e atéa produção desses tipos de papanãis, onde todos os autores são de Princeton", disse ela.