Tese de mestrado em Biologia Evolutiva e do Desenvolvimento, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2016Este estudo tem como objectivo compreender o papel de um neurotransmissor, a dopamina, na regulação de comportamentos sociais e cooperativos. Para uma melhor compreensão de cooperação, é necessário compreender primeiramente o que é sociabilidade. Sociabilidade pode ser definida pela vivência de dois ou mais indivíduos como parte do mesmo grupo. Para a sociabilidade ocorrer, é ainda necessário, existir interacção entre os membros do grupo, tendo sempre em conta o contexto social em que a interacção ocorre, assim como o comportamento do indivíduo com o qual a interacção está a ocorrer. Após a percepção destes dois componentes cada membro do grupo terá que modelar o seu próprio comportamento para que a que a sua acção se enquadre ao que lhe é exigido pelo contexto social em que se encontra. O contexto social em que um animal se encontra é definido pelo conjunto de factores ambientais (eg. taxa de predação, recurso de alimento e a forma como os seus pares se estão a comportar). Apenas após a consideração dos aspectos referidos acima, é que os comportamentos cooperativos podem emergir.
Cooperação pode ser definida como uma acção que é realizada por um indivíduo A, que por sua vez beneficia um individuo B. Dentro de comportamentos cooperativos podemos definir vários tipos de interacções dependendo do receptor do benefício resultante dessa interacção. Esta troca de benefícios é designada de reciprocidade. A reciprocidade pode ser directa, quando dois indivíduos se entreajudam, ou indirecta quando numa interacção cooperativa o indivíduo beneficiado ajuda um terceiro indivíduo.
A investigação em cooperação e sociabilidade que tem sido desenvolvida têm-se focado maioritariamente na ecologia mas também nos aspectos evolutivos de como cooperação e sociabilidade poderá ter surgido e mantida ao longo do tempo. Contudo, pouco se conhece sobre os seus mecanismos regulatórios.
O presente estudo pretende desvendar o papel de um neurotransmissor na regulação de comportamentos cooperativos e sociais, a dopamina.
Dopamina é uma catecolamina que está envolvida em várias funções centrais de um organismo, tal como na locomoção, na cognição, na aprendizagem e no sistema mesolímbico de recompensa.
Em 2011 foi descrita a “Social decision-making network” que consiste num conjunto de núcleos cerebrais que estão envolvidos na regulação de sociabilidade, tal como o núcleo accumbens e a área pré-óptica, juntamente com o sistema mesolímbico de recompensa também está incluído na “Social decison-making network”. Admite-se desta forma, que um comportamento social para ser repetido, é porque despoletou alguma recompensa num “helper” (ajudante).
Tendo isto em conta o presente estudo tem como principal objectivo tentar uma melhor compreensão do papel da dopamina na regulação comportamentos sociais e cooperativos. Compreender de que forma a dopamina regula comportamentos cooperativos e sociais de ”helpers”.
Foi usado como objecto de estudo, o ciclídeo Neolamprolugus pulcher, sendo que esta espécie vive em famílias com uma estrutura social robusta. Estas famílias são constituídas por um casal dominante e um conjunto de “helpers” que varia de um a trinta, em que apenas o par dominante se reproduz. Os ajudantes podem ser indivíduos sexualmente maturos ou não, o seu papel na família consiste em defesa do território contra predadores e intrusos, manutenção do território e a ajudar a criar a ninhada dos dominantes. Os predadores podem ser predadores de ovos ou de adultos.
Para este efeito foram realizadas injecções intramusculares em indivíduos ajudantes, com agonistas e antagonistas específicos para receptores D1 e D2. Após a manipulação da actividade de cada um destes receptores realizou-se observações de forma a serem detectadas diferenças comportamentais (eg. número de comportamentos agressivos, submissos e de afilação).Para melhor compreensão da função dos receptores dopaminérgicos na regulação de comportamentos cooperativos e sociais em ajudantes, foram formadas 8 famílias com um casal dominante e dois ajudantes, um grande e um pequeno.
Começou-se por realizar um estudo de calibração para as dosagens das drogas em estudo, agonista de D1-like (SKF-38393), antagonista de D1-like (SCH-23390), agonista de D2-like (Quinpirole) e antagonista de D2-like (Metoclopramida).
Para a execução do estudo de calibração foram escolhidas 3 doses para cada uma das drogas, um dose alta, uma dose média e uma dose baixa, estas doses foram escolhidas tendo em conta estudos anteriores realizados noutros organismos. Como controlo foi injectada uma solução salina. Para este estudo foram criados dois grupos com 4 famílias cada, em que cada grupo apenas foi injectado com drogas para uma das classes de receptores, 4 famílias estiveram sujeitas ao tratamento para os receptores D1-like (8 ajudantes no total) e 4 famílias estiveram sujeitas ao tratamento para os receptores D2-like (8 ajudantes no total).
O desenho experimental consistiu em realizar várias sessões de observações de 15 minutos em diferentes tempos, uma observação antes da injecção, uma sessão de observação 15 minutos após a injecção, outra observação 30 minutos após a injecção e outra observação 60 minutos após a injecção.
Com este estudo foi possível concluir que os receptores D1-like e D2-like estão de facto a modular a agressividade, submissão e comportamento aflitivo dos ajudantes.
Após o estudo de calibração testou-se o papel dos receptores dopaminérgicos na regulação comportamental dos ajudantes, quando estes são sujeitos a diferentes contextos sociais. Para tal, foram usadas 10 famílias constituídas por um casal dominante e 2 ajudantes (um grande e um pequeno ajudante), a duas tarefas distintas mais uma tarefa de controlo. Estas tarefas consistiram em estimular certos comportamentos por parte dos ajudantes, tal como comportamentos de manutenção do território tal como escavar e limpar o abrigo e comportamentos de defesa contra intrusos. Para induzirmos comportamentos de ajuda na manutenção do território preenchemos o abrigo do casal com areia para induzir o comportamento de escavar por parte dos ajudantes para que estes desobstruíssem o abrigo. Para a indução de comportamentos de defesa do território foi apresentada à família um predador de ovos num tubo de apresentação, para induzir comportamentos agressivos contra o intruso por parte da família mas em especial por parte dos ajudantes.
Como controlo para as tarefas foi elaborada uma observação sem manipulação do ambiente antes e depois da injecção.
Semelhante ao que foi feito na primeira experiência foram realizados períodos de observação de 15min para cada tarefa, antes e depois da injecção.
Neste caso cada ajudante foi injectado intramuscular com uma dose de cada uma das drogas, agonista do D1-like (SKF-38393), antagonista de D1-like (SCH-23390), agonista de D2-like (Quinpirole), antagonista de D2-like (Metoclopramida), e controle (solução de 0.9% NaCl). Esta experiência permitiu demonstrar que os receptores D2-like estão de facto a regular a agressividade, submissão e afilação em ajudantes de N.pulcher, no entanto foi observado que esta depende do contexto social a que o ajudante está sujeito. Isto porque não foi constatado um aumento no número de comportamentos agressivos em todas as tarefas apresentadas, apenas nas tarefas em que tal comportamento era contextualmente exigido (eg. Na presença de um intruso). É assim evidenciado que apesar da dopamina regular a sociabilidade de N.pulcher, especialmente os receptores D2-like, estes parecem estar a ter em conta o contexto social a que os ajudantes estão sujeitos.
Após a manipulação farmacológica dos receptores dopaminérgicos no cérebro dos ajudantes averiguou-se também de que forma a actividade dopaminérgica estava distribuída no cérebro de um ajudante. Para isso foram executadas microdissecções das macro-areas de cérebros de indivíduos ajudantes (que pertencem a uma família), e a indivíduos que não eram ajudantes (que se encontravam em tanques de agregação). Indivíduos de tanques de agregação também se encontravam dentro de uma estrutura hierárquica forte, mas no entanto esta não era uma família.
Dissecou-se as seguintes macro-areas: “forebrain”, tecto óptico, cerebelo, diencéfalo e tronco cerebral. Após as dissecções foram medidas as concentrações de dopamina e dos seus metabolitos (HVA e DOPAC), nas várias macro-areas em estudo.
Ao analisar a contracção total de dopamina e dos seus metabolitos no cérebro de ajudantes versus não-ajudantes, constatou-se a não existência de diferenças significativas entre estes. No entanto, quando analisadas as diferentes macro-areas separadamente, foi evidenciado que os ajudantes têm significativamente mais dopamina e HVA no “forebrain” comparativamente com os não-ajudantes. Considerando a concentração de DOPAC, observou-se ainda que os ajudantes têm significativamente mais DOPAC no diencéfalo e no tronco cerebral.
Estes resultados vão de encontro com estudos anteriores, que demonstram que áreas como o hipotálamo anterior estão envolvidas na regulação de comportamentos sociais, e que a elevada concentração de dopamina no “forebrain” está correlacionada com a percepção de uma recompensa. Os resultados deste estudo sugerem que os ajudantes de N.pulcher sentem uma recompensa por pertenceram a uma família. Sugerindo que, ao contrário do que se pensava anteriormente, ser um ajudante de uma família de N.pulcher é um caso de reciprocidade directa e não de um comportamento altruísta.Cooperation is an evolutionary enigma that has intrigued biologists ever since Darwin. Much has been researched on the functional mechanisms of cooperation however; the physiological framework has only recently become a focus. Here we report on three experiments focussing the role of dopamine in social behaviour of a notorious cooperatively breeding teleost fish species. Dopamine is involved in the modulation of animals’ reward system and social decision network, suggesting that it might be involved in sociability. We studied Neolamprologus pulcher, a cooperative cichlid fish from Lake Tanganyika, East Africa. These fish live in families with a dominant pair and a variable number of subordinates helping the dominant breeders in territory maintenance and defence, showing altruistic behaviour by engaging in alloparental care. We aimed at dopaminergic receptors D1 and D2, blocking or stimulating their activity with injections of agonists or antagonists (SKF-3893, SCH-23390, Quinpirole and Metoclopramide). Our data suggest that the two dopaminergic receptors have different regulatory roles for the social behaviour of these fish. The major focus seems to be on D2 receptor, which is influencing the aggressive, submissive and affiliative behaviour. Specifically, the D2 receptor is stimulated there was an increase of aggression, while when blocked it increases submission and affiliative behaviour. Interestingly, social context is the switch in which D2 influence is observe, helpers have into account the social context and they will not behave in discordance with the environment. Finally, when analysing the concentration of dopamine and its metabolites we found that helpers have a higher dopaminergic activity in the diencephalon and a higher concentration of dopamine the forebrain (e.g. Telecephalon). Higher levels of dopamine in helpers’ telencephalon points out towards the direct existence of reward from living in a stabilized family. These data provide the first insight into the role of dopamine for the social behaviour of a cooperative fish species
