Cultural transmission of sexual preferences in Drosophila melanogaster: testing for the durability of socially learnt preferences

Tese de mestrado. Biologia (Biologia Evolutiva e do Desenvolvimento). Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2012Non-genetic information has been classically overlooked in the light of evolutionary processes. It was shown, however, that non-genetic information can also be transmitted inter generationally, thus being a potential source of evolutionary change. Social information, a form of non-genetic information, can lead, through social learning, to cultural inheritance. Culture can be defined as the socially inherited fraction of the phenotypic variance. Four criteria were proposed to test cultural inheritance of a trait: social learning, inter-generational transmission, durability and generalization. The first and fourth criteria were already verified for mate-choice copying in Drosophila melanogaster. Mate-choice copying occurs when observer females change their initial mating preferences for those of other females. The main goal of this work was to test the fulfillment of the third criterion in this context: socially acquired information must last long enough to be transmitted to other individuals. It was thus attempted to verify if female copied preferences are maintained for at least 5 hours. Furthermore, an alternative to classic testing of female mate-choice copying was investigated. The aim was to find a positive correlation between affiliative and mating behaviors, thus allowing for the multiple testing of the same females, this correlation was not found so the analyses of the females’ copying behavior depended on their mating decisions. The main experiment was not conclusive relatively to the occurrence of mate choice copying, although this behavior has been already verified in the same line of flies. This discrepancy is probably due to small sample size. It was found however that the proportion of correct choices did not vary between test times, a good indicator that social information might last at least 5 hours. Further experiments are needed to draw more conclusive interpretations, but results here obtained do not reject the hypothesis, providing preliminary evidence that the third criterion can be verified for mate-choice copying in D. melanogaster.A Vida é um fenómeno de transferência de Informação entre níveis de organização não-redundantes. Esta transferência de informação pode ocorrer tanto de uma forma horizontal (intrageracional) como vertical (intergeracional). A transferência de informação não-genética, tem sido classicamente considerada como pouco relevante para os processos evolutivos, por oposição à informação genética. No entanto muitos autores têm reconhecido que a informação não-genética pode ser também transferida entre gerações (e.g. Dawkins 1976). Entre esta pode referir-se a informação social - informação adquirida através de outros indivíduos, que, por aprendizagem social pode conduzir à hereditariedade cultural (ou social). Foi proposta uma reformulação da genética quantitativa clássica de forma a incluir formas de informação não-genética no cálculo de heritabilidade. Em substituição da divisão clássica da variância fenotípica numa componente genética e outra não-genética (e a interacção entre as duas), a variância fenotípica passa então a ser dividida numa componente transmitida e uma componente não transmitida, sendo que a primeira inclui tanto informação genética como não-genética. A cultura é definida neste esquema como a parte da variância fenotípica transmitida que é herdada através de aprendizagem social. Para identificar as características que são sujeitas a evolução cultural foram propostos quatro critérios: (1) deve ocorrer aprendizagem social; (2) transferência de informação deve ocorrer também de forma intergeracional; (3) a influência social deve durar tempo suficiente para os seus efeitos serem observados por outros; (4) a influência social deve ser generalizável. A escolha de parceiro reprodutivo é um fenómeno no qual a influência social foi já demonstrada em diversas espécies de peixes, aves, mamíferos (incluindo humanos), embora o cumprimento simultâneo dos quatro critérios nunca tenha sido testado. Mery & Varela et al. (2009) descreveram pela primeira vez num invertebrado, Drosophila melanogaster, a existência de cópia da escolha de parceiro reprodutivo, bem como o cumprimento do primeiro e quarto critérios de evolução cultural. O principal objectivo deste estudo foi então testar o cumprimento do terceiro critério de evolução cultural, no âmbito das preferências sexuais de Drosophila melanogaster. Este é um dos dois critérios ainda por verificar e está directamente implicado no cumprimento do segundo critério - transmissão intergeracional. Para tal o trabalho de Mery & Varela et al. (2009) foi adaptado de forma a permitir testar a durabilidade da informação adquirida socialmente e tentar verificar se a informação social é retida o tempo suficiente de forma a poder ser transmitida a outros indivíduos. O protocolo utilizado por estes autores consiste em apresentar a fêmeas virgens as escolhas de parceiro reprodutor por outras fêmeas. Nestas demonstrações são utilizados machos de fenótipos artificiais distintos, corados com pós de cores diferentes. As fêmeas observadoras obtêm informação positiva sobre a atractividade dos machos que vêem acasalar e informação negativa sobre os machos que vêem ser consistentemente rejeitados. Para as demonstrações positivas, é colocado num compartimento adjacente ao da fêmea observadora um macho com uma fêmea virgem, que está disposta a acasalar. Nas demonstrações negativas, um macho de fenótipo diferente é colocado com uma fêmea que acasalou previamente, uma vez que as fêmeas de Drosophila melanogaster exibem um período refractário após o acasalamento, durante o qual rejeitam outras tentativas de acasalamento, providenciando assim informação negativa sobre esse macho. Três conjuntos de cada tipo de demonstração são apresentados de forma alternada e no final a fêmea observadora é colocada juntamente com uma díade de machos de fenótipos diferentes, sendo registado com qual destes ela acasala. Os autores observaram que ocorre cópia da escolha de parceiro reprodutivo (mate choice copying) em Drosophila melanogaster: as fêmeas observadoras exibem uma preferência por machos do fenótipo que viram a acasalar, em detrimento de machos do fenótipo rejeitado. Numa primeira fase deste estudo, enquanto experiência preliminar, procurou-se encontrar uma alternativa ao teste de preferência utilizado previamente, contabilizando se o tempo passado perto de cada macho poderia estar correlacionado com a preferência da fêmea. O objectivo era poder testar repetidamente a mesma fêmea observadora, sem o constrangimento do período refractário, para averiguar se as preferências se mantêm ao longo do tempo. Por outro lado, esta alternativa permitiria também evitar factores de confusão relacionados com a competição entre os machos que ocorrerá durante a fase final do teste. Para tal colocou-se uma fêmea num pequeno tubo e, em tubos adjacentes separados por uma partição transparente, dois machos de fenótipos diferentes. Este sistema era depois filmado durante 10 minutos e a localização da fêmea registada (do lado esquerdo, direito ou no centro do compartimento). Após esse período as partições eram retiradas e observava-se com qual dos machos a fêmea acasalava, correlacionando esta escolha com o tempo passado junto de cada macho. Enquanto controlo, foram realizados ensaios em que os machos foram substituídos por fêmeas e ainda outros em que a fêmea estava sozinha no sistema, tendo sido registado de igual forma o tempo passado de cada lado do compartimento. Os resultados obtidos não revelaram a existência de uma correlação entre o tempo dispendido pela fêmea junto de cada macho e a sua escolha. As experiências de durabilidade foram então conduzidas utilizando o protocolo original, uma vez que não foi possível desenhar outro protocolo a partir dos resultados obtidos na primeira experiência. No entanto, o protocolo original foi modificado de forma a existirem dois momentos de teste distintos, logo após as demonstrações ou apenas 5 horas mais tarde. As fêmeas eram distribuídas aleatoriamente em dois grupos a serem testados num dos dois momentos. Por outro lado, procurou-se diminuir o tempo das demonstrações e aumentar o rendimento dos ensaios. Assim, em vez de uma hora, as demonstrações passaram a durar apenas 20 minutos e, para as demonstrações positivas, passou a transferido para o sistema um casal já em cópula. Desta forma foi também possível reduzir o tempo que as fêmeas permanecem no sistema experimental, sem acesso a alimento. Esta segunda experiência não obteve resultados conclusivos relativamente à existência de cópia da escolha de parceiro reprodutivo, embora este fenómeno tenha sido já observado neste sistema, utilizando a mesma linha de moscas. A ausência de resultados conclusivos pode dever-se por um lado ao menor número de dados obtidos, relativamente à amostra utilizada pelos outros autores, ou ainda às alterações que foram efectuadas no protocolo original (diminuição da duração das demonstrações). Relativamente à influência do tempo na cópia das fêmeas, não se encontraram diferenças significativas entre os dois momentos de teste, o que é uma boa indicação de que a informação adquirida socialmente poderá ser retida durante pelo menos 5 horas. No geral, os resultados obtidos não rejeitam a hipótese de que o terceiro critério é cumprido no contexto da cópia da escolha de parceiro reprodutivo em D. melanogaster. Assim, embora sem resultados conclusivos, este estudo põe em evidência a necessidade de efectuar mais experiências nesta linha de investigação. Por um lado é necessário recolher um maior número de dados de forma a confirmar as tendências reveladas neste trabalho e, caso seja confirmada a retenção da informação social durante as 5 horas, testar intervalos de tempo maiores. Por outro lado, é também pertinente testar alternativas ao protocolo utilizado, no seguimento da experiência preliminar. A confirmação do terceiro critério de evolução cultural é uma condição para que o segundo critério - transmissão de informação social entre gerações – também se cumpra. Assim, torna-se relevante explorar mais pormenorizadamente a durabilidade de informação social de forma a poder desenhar um protocolo para o teste do segundo critério e observar o cumprimento de todos os critérios, que revelaria a existência de evolução cultural no contexto da cópia da escolha de parceiro reprodutivo em Drosophila melanogaster