Acontece ...

Hotspots: como preservar o que não conhecemos

A revista FAPESP online de 06 de julho de 2011 publicou uma reportagem divulgando um estudo que será publicado no PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences) sobre áreas prioritárias para a conservação da biodiversidade, os hotspots, e sua efetividade em proteger espécies em risco de extinção ainda desconhecidas pela ciência.

O conceito de hotspots ou “áreas-quentes” para preservação da biodiversidade foi criado pelo ecólogo inglês Norman Myers, em 1988, com o intuito de resolver um dos maiores dilemas conservacionistas da época: quais as áreas são mais importantes para preservar a biodiversidade na Terra? Atualmente, há 34 áreas de grande riqueza biológica identificadas em todo o mundo.

Até ai tudo bem. Mas o que me chama a atenção na reportagem da revista FAPESP é a relação entre a efetividade dessas áreas em conservar uma biodiversidade ainda desconhecida e como parte da sociedade se contenta apenas com isso.

Fato é que a diversidade planetária está sendo perdida antes mesmo de ser conhecida, a chamada Crise da Biodiversidade, e este problema não será resolvido a menos que as autoridades invistam em formação de profissional capacitado, os taxonomistas, em atividades de coleta e em infra-estrutura de coleções científicas, além de profissionais qualificados para gerir essas informações biológicas.

O advento de um programa de computador que prevê a diversidade ainda não conhecida de espécies, coisa que os cientistas fazem há décadas, e o fato de os resultados coincidirem com as áreas que hoje recebem os maiores investimentos financeiros não é o suficiente para redimir a espécie humana do desmatamento e destruição dos ambientes naturais.

Apenas 1,4 % das áreas florestais do planeta são consideradas hostpots e a Amazônia brasileira, a maior e mais exuberante floresta tropical do mundo, não se enquadra nesta lista. A Floresta Atlântica e o Cerrado sim, mas destes há apenas 5% de áreas remanescentes.

Segundo um dos autores da pesquisa, David Roberts, da Durrell Institute of Conservation and Ecology na Universidade de Kent, Reino Unido, “É um grande alívio saber que os locais em que mais investimos recursos são os mesmos que abrigam a maioria das espécies ainda não descobertas”.

Isso não é suficiente, os investimentos apenas certificam a sociedade que as espécies ainda desconhecidas pela ciência permanecerão no limbo. O ideal seria que os investimentos fossem direcionados, além da preservação dessas áreas, para o conhecimento da biodiversidade, o estabelecimento destas espécies como entidades reais, o que se dá após intervenção de um especialista e sua formal descrição em uma revista científica, e o estabelecimento de novas áreas para a conservação. Mas, pelos rumos da nova legislação ambiental brasileira, a Amazônia continuará não sendo incluída na listagem de áreas prioritárias, seu desmatamento além de crescente será agora legal. E a sociedade continua torcendo para que um dia a Conservation International inclua nossa maior riqueza como um hotspot, e assim todos os nossos problemas estarão resolvidos. Isso é lamentável, infelizmente.

Megadiversidade em insetos: causas e história - Parte II

Este texto foi produzido por alunos do 1° ano de Biologia da USP-RP na disciplina "Seminários Integrados I". Como o texto é interessante e tem tudo a ver com o conteúdo discutido neste blog resolvi postá-lo em duas partes. Apreciem! - Continuação ....

Megadiversidade em insetos: causas e história

Por Carolina Gennari Verruna, Fernando Figueiredo Mecca, Gabriel José Teixeira e Gabriela Molinari Roberto.

Desenvolvimento Ontogenético

Os insetos podem apresentar três tipos de desenvolvimento:
Ametábolo: quando o indivíduo nasce semelhante ao adulto, exceto quanto aos órgãos reprodutivos que ainda não estão maduros, não sofrendo, portanto, nenhum tipo de metamorfose;
Hemimetábolo: quando o indivíduo jovem, conhecido por ninfa, sofre pequenas modificações como o desenvolvimento de asas, além da maturação dos órgãos reprodutivos, até chegar à idade adulta, sofrendo, portanto, uma metamorfose denominada incompleta;
Holometábolo: quando o indivíduo passa pelo estágio de larva e pupa até chegar à idade adulta, sendo submetido, nessas passagens, a uma grande mudança na sua morfologia e anatomia, sofrendo, assim, o que denominamos metamorfose completa (Grimaldi & Engel, 2005).

Alguns pesquisadores acreditam que os estágios de proninfa e ninfa no desenvolvimento hemimetábolo seriam homólogos aos estágios de larva e pupa, respectivamente, no desenvolvimento holometábolo (Truman & Riddiford, 1999).

As espécies de insetos holometabólicas constituem os Endopterygota que abrange as maiores ordens de insetos, em sentido numérico, constituindo cerca de 85% das espécies de deste grupo, segundo Grimaldi & Engel (2005).

Com relação à diversidade do grupo Endopterygota, a importância do desenvolvimento holometábolo muito provavelmente está relacionado à diminuição da competição intra-específica, pois o indivíduo adulto possui nicho ecológico diferente do da larva, não competindo então pelos mesmos recursos ambientais (Rupert & Barnes, 1996; Grimaldi & Engel, 2005). Também aponta-se que os Endopterygota podem ter mostrado menores índices de extinção durante os eventos ocorridos no final do Cretáceo (Ross et al.(2000) apud Mayhew, 2007), fato que teria levado a uma maior diversidade desses insetos em relação às outras ordens de Hexapoda. Entretanto não é possível afirmar que a holometabolia é a única responsável pela grande diversidade de algumas ordens de insetos sobre a outra, visto que existem ordens de hemimetábolos com maior número de espécies que outras ordens de holometábolos, como nota-se ao comparar, por exemplo, a ordem Mecoptera de holometábolos com a ordem Hemiptera de hemimetábolos.

Idade do grupo Insecta

A definição para o que é um registro fóssil é muito vaga. Pode ser considerado um fóssil algo morto e preservado há quanto tempo? Ou só existem fósseis de espécies extintas? Uma definição clara e objetiva é que fósseis são “partes do corpo” de qualquer espécie, ainda vivente ou extninta, que foi naturalmente preservada por milhares de anos (Grimaldi & Engel, 2005).

Exceto por alguns poucos corpos de vertebrados que são encontrados congelados ou mumificados, são encontrados apenas ossos e dentes que não possuem mais que alguns poucos milhões de anos. Já os insetos são conservados quase que inteiros, por exemplo, em âmbar e em certos minerais ou resinas de algumas árvores (Schopf, 1975 apud Grimaldi & Engel, 2005).

Além disso, podemos comparar os escleritos e as asas aos ossos e aos dentes, devido sua longa durabilidade, sofrendo muito pouco com os processos de degradação naturais.

As condições como um fóssil é formado são muito importantes para sua preservação e posteriores estudos. Locais profundos, gelados e sem umidade, por exemplo, mantêm os exemplares com um grau elevado de conservação, diferente de lugares pouco profundos, úmidos e com alta concentração de oxigênio (Grimaldi & Engel, 2005).

O registro fossilífero dos Insecta, apesar de ser um pouco lacunoso, remete a origem do grupo há milhões de anos. O fóssil mais antigo até então achado de um inseto data de 408 a 438 milhões de anos atrás, no período Devoniano, se tratando de um Rhyniognata hirsti (Grimaldi & Engel, 2005). O espécime possuía mandíbula triangular e com ranhuras semelhantes a dentes, provavelmente com a mesma função que estes. Estudos mostraram também resquícios de asas, levando os sistematas a classificarem a espécie como sendo próxima dos Pterygota. Tal caráter leva a crer que os insetos teriam surgido no período anterior, o Siluriano, há cerca de 443 milhões de anos, fazendo deles um dos animais mais antigos a colonizar a terra firme, podendo ser uma das razões para a enorme diversidade e quantidade de espécies no grupo (Grimaldi & Engel, 2005).

Relações ecológicas com angiospermas

O grupo Insecta possui diversas relações inter-específicas com o reino Plantae. Entre elas, podemos citar: abrigo e proteção (insetos podem se esconder de predadores adentrando nas cascas ou buracos de árvores ou até mesmo fazer destas suas moradias), fitofagia (tendo em sua maioria espécies herbívoras, como exemplos, larvas de borboletas – Lepidoptera – que se alimentam das folhas ou cupins – Isoptera – que se alimentam da madeira) e polinização (entomofilia). Podem ser citados vários exemplos de folhas que foram fossilizadas com algumas marcas, minas, sem algumas partes ou com restos fecais que comprovam a existência de algumas espécies em certos períodos mesmo não possuindo fósseis dos mesmos (Grimaldi & Engel, 2005). A maioria dessas relações se dá com o grupo das angiospermas.

Estima-se que as Angiospermas tenham surgido por volta de 160 milhões de anos atrás, no Jurássico Inferior. Portanto, até então, as grandes florestas eram formadas por gimnospermas, principalmente coníferas e cicadáceas. Sabe-se que nessa época já estavam presentes aproximadamente 80% das famílias de insetos ainda existentes (Grimaldi & Engel, 2005). Dessa forma, ao contrario do popularmente dito, a entomofilia não se apresenta como um caráter significativo para a diversificação dos insetos, mas sim para as Angiospermas, que com isso obtiveram grande sucesso reprodutivo, alta variabilidade genética e dispersão.

Além disso, sabe-se que apenas seis das 31 ordens de Hexapoda abrigam espécies polinizadoras. Vale ressaltar que mesmo nessas ordens, um número relativamente pequeno de espécies apresenta entomofilia. Dessa forma, é fácil excluir a hipótese de que a polinização tenha sido de grande importância para a diversificação do grupo. Entretanto, não devemos nos esquecer da importância das outras interações entre estes dois grupos, tendo certamente favorecido a ambos no que diz respeito à diversificação e aumento de biodiversidade.

Extinções e diversidade relativa

Como um grupo tão antigo, os insetos já passaram por diversos eventos de extinção. Tais eventos também contribuíram de alguma forma na diversificação dos insetos e a compreensão desses processos também é importante para se compreender a constituição atual do grupo. Isso porque quando certa espécie é extinta, surge uma possibilidade para outras espécies já existentes se diversificarem.

O primeiro grande evento de extinção, e também o maior, pelo qual o grupo passou foi o da extinção Permo-triássica, no qual a maior parte da vida no planeta foi extinta. Entretanto, apenas algumas ordens de insetos foram extintas, como os Palaeodictyoptera e os Protodonata. A maioria das ordens até então existentes, contudo, deixou representantes (Grimaldi & Engel, 2005).

O último grande evento de extinção pelo qual os insetos passaram foi a extinção do “K-T” (Cretáceo-Terciário), na qual a maior parte dos dinossauros foi extinta. Os insetos sofreram relativamente pouco com tal evento e poucas linhagens foram extintas (Grimaldi & Engel, 2005).

Portanto, observamos que as extinções contribuíram de duas formas para a diversificação do grupo, sendo uma delas a ocupação de novos nichos, e a outra o fato de que, como poucos insetos foram afetados por esses grandes eventos, a diversidade de insetos apresenta-se relativamente muito grande, visto que os outros organismos sofreram mais em tais períodos.

Biogeografia do grupo

Outro fator que pode ter contribuído muito na diversidade foram os eventos de vicariância pelos quais os insetos passaram. Vicariância pode ser explicada como sendo um processo de evolução biogeográfica que se caracteriza pelo surgimento de uma barreira geográfica (o surgimento de uma montanha, ou mesmo a separação dos continentes), que divide a área ocupada por uma determinada população em duas ou mais novas áreas. Com o tempo, essas populações sofrem pressões distintas e tendem a se tornar espécies diferentes (Amorim, 2009).

Alguns exemplos do processo podem ser citados, como a elevação do nível do mar, que separa pequenas populações por um período suficientemente longo para que possam se tornar mais de uma espécie. Depois que o nível desce, elas passam a interagir como espécies distintas, e se novos eventos ocorrerem, novas espécies poderão surgir.

Um grande exemplo que pode ser citado é o da fragmentação da Pangea até a conformação atual dos continentes. No período Triássico, a maioria das ordens de insetos já estava presente e distribuída pelo grande continente (Gimaldi & Engel, 2005). Foi nesse período que se iniciou a fragmentação (há cerca de 200 milhões de anos), levando à formação da Laurásia ao norte e da Gondwana ao sul ao fim do Jurássico. A fragmentação persistiu até o Cretáceo, onde houve a formação da maior parte dos continentes atuais (Tassinari, 2000). Cada uma dessas fragmentações representou um evento de vicariância, resultando em inúmeros eventos e, portanto, um aumento mais que significativo no número de espécies.

Conclusão

Analisando todos os fatores citados, é possível entender que o grande número de espécies de Insecta não pode ser atribuído a um único fator, mas sim a um conjunto de fatores. A presença de asas parece ter sido relevante para a diversificação do grupo, mas existem grupos muito diversos ápteros, e outros grupos alados com menor diversidade. Padrão semelhante se encontra quando notamos que várias ordens de Neoptera são muito numerosas, apesar de algumas apresentem poucas espécies. Também percebemos este tipo de dado quanto à holometabolia: apesar de as maiores ordens de insetos estarem inseridas nos Endopterygota, este grupo abriga outras ordens muito menores, e existem grupos bem numerosos com desenvolvimento hemimetábolo.

Portanto, todos esses fatores, somados com a idade do grupo e a conseqüente passagem por diversos eventos de vicariância, pequeno número de linhagens extintas nos grandes eventos de extinção e outras características não citadas anteriormente, como o curto ciclo reprodutivo, que propicia a fixação de mutações, explicam conjuntamente a megadiversidade de insetos que podemos observar.

Referências Bibliográficas
Amorim, D.S. (2009), Fundamentos de Sistemática Filogenética. Holos, Editora Ltda.
Chapman, A.D. (2009). Number of living species in Australia and the World. 2nd ed. Australian Government – Department of the Environment, Water, Heritage and the Arts.
Gillott, C. (2005). Entomology. University of Saskatchewan: Springer Press.
Grimaldi, D., & Engel, M.S. (2005). Evolution of the insects. Cambridge University Press.
Mayhew, P.J. (2007). Why are there so many insect species? Biological Reviews, 82, 425-454.
Rupert, E.E., & Barnes, R.D. (1996). Zoologia dos Invertebrados. Editora Roca.
Tassinari, C. C. G. (2000). Tectônica Global. In: W. Teixeira; T. Fairchild; M.C. Toledo. (1 ed.). Decifrando a Terra (pp. 97-112). São Paulo: Oficina de Textos.
Truman, J.W., & Riddiford, L.M. (1999). The origins of insect metamorphosis. Nature, 401, 447-452.

Megadiversidade em insetos: causas e história -Parte I

Este texto foi produzido por alunos do 1° ano de Biologia da USP-RP na disciplina "Seminários Integrados I". Como o texto é interessante e tem tudo a ver com o conteúdo discutido neste blog resolvi postá-lo em duas partes. Apreciem!

Megadiversidade em insetos: causas e história

Por Carolina Gennari Verruna, Fernando Figueiredo Mecca, Gabriel José Teixeira e Gabriela Molinari Roberto.

Resumo

A classe Insecta abriga uma enorme quantidade de espécies catalogadas – na verdade, é de longe o grupo com mais espécies descritas. Essa enorme proporção de diversidade nos instiga a pergunta: por que existem tantos insetos?
Através de analises em diversos aspectos, com comparações entre grupos da filogenia dos Hexapoda e seus respectivos números de espécies, combinados com a observação de características morfológicas, fisiológicas e ecológicas, além do estudo da história biogeográfica dos insetos, investigamos mais detalhadamente os aspectos responsáveis por essa grande diversidade, observando que nenhum caractere sozinho é responsável por essa diversidade, mas sim a soma de muitos deles.

Palavras-chave: Insetos; megadiversidade; diversidade; Insecta.

Diversidade e relações filogenéticas
Analisando a diversidade de seres vivos no planeta, os insetos se sobressaem quanto ao número de espécies. Dentre cerca de 1,9 milhões de organismos já descritos (Chapman, 2009), aproximadamente 925 mil pertencem a essa classe (Grimaldi & Engel, 2005), distribuídos de forma desigual em 31 táxons colocados ao nível de ordem. Essas ordens apresentam uma enorme variedade interna, com diferentes adaptações em sua morfologia e função. Por exemplo, existem aparelhos bucais sugadores encontrados em Lepidoptera, mordedores em Coleoptera e cortadores em Hymenoptera; asas de diferentes formatos, tamanhos, por vezes modificadas em halteres, tanto em Diptera como Strepsiptera; diferenças entre as ordens quanto à espessura do exoesqueleto e tamanho do corpo. Isso resulta em uma enorme diversidade de formas e comportamentos, distribuídos por praticamente todos os habitats conhecidos – desde desertos equatoriais tórridos e montanhas vulcânicas, até regiões glaciais nevadas; desde o alto das copas de florestas tropicais até os diferentes estratos do solo, ora profundas ora superficiais, ou vivendo no interior de árvores ou em ambientes aquáticos lóticos ou lênticos.

Ao analisar a filogenia do grupo com o número de espécies em cada uma das ordens (Fig. 1), pode-se chegar a algumas conclusões incorretas sobre essa distribuição, afirmando, por exemplo, que a diversidade de alguns grupos se deve somente a presença de asas ou a ocorrência de holometabolia.

Alguns grupos na filogenia dos Hexapoda serão recorrentemente citados durante todo o debate aqui proposto, de modo que é pertinente caracterizá-los previamente, mesmo que de forma sumária. Pterygota é o grupo que inclui todos os insetos dotados de asas (com alguns casos perda secundária, como nos Siphonaptera – pulgas –, entre outros, apresentados mais tarde).

Os Neoptera são o sub-grupo de pterigotos dotados de asas capazes de se dobrar umas sobre as outras, sobre o abdômen, por causa da articulação dos escleritos que ligam as asas com o tórax. Nos “Palaeoptera”, as asas são conectadas ao corpo por escleritos fundidos, de modo que não podem dobrar-se umas sobre outras. Outro grupo importante na história evolutiva dos hexápodos são os Endopterygota, que abriga todos os insetos holometábolos, ou seja, os que possuem metamorfose completa (estágios de ovo, larva, pupa e adulto). Quais seriam as causas que teriam propiciado uma diversidade tão grande desses e de outros grupos de insetos, tanto em relação entre as ordens como em relação a outros grupos?

Figura 1: Filogenia dos Hexapoda, baseada em dados de Grimaldi & Engel, 2005. A distribuição de número de espécies em cada ordem pode levar a impressões como a de que todas as ordens megadiversas estão entre os Holometabola ou de que as asas são cruciais para a alta diversidade. No decorrer deste trabalho, será explicado por que essas impressões são falsas

Morfologia
A morfologia dos insetos, como dito anteriormente, mostra uma variação muito grande entre as ordens. Cabe saber se alguma dessas características morfológicas, presente em um ancestral, teria sido a responsável pelo destaque desse grupo em termos numéricos. Tais características poderiam ter propiciado um aumento na biodiversidade desses grupos em relação aos demais.

Os insetos são animais segmentados, ou seja, compostos por uma série de unidades repetitivas chamadas de metâmeros, que unidas formam uma organização corporal com três tagmas, sendo eles: cabeça, tórax e abdômen (Grimaldi & Engel, 2005). Distinguem-se dos outros artrópodes por possuírem um par de antenas e olhos compostos na cabeça, tagma responsável por funções sensoriais onde está presente também a mandíbula que varia de acordo com o hábito alimentar do inseto. Três pares de pernas e geralmente dois pares de asas na região torácica, responsável pela locomoção do inseto; na região abdominal, por fim, concentram-se as funções viscerais, ligadas à digestão e à reprodução (Rupert & Barnes, 1996).

Por serem artrópodes, os insetos também possuem um exoesqueleto quitinoso que fornece proteção contra desidratação, raios ultravioletas e impactos mecânicos, além de suporte e auxílio na locomoção (Grimaldi & Engel, 2005). Algumas regiões do exoesqueleto são mais esclerotizadas que outras, ou seja, possuem maior espessamento por quitina. Essas partes recebem o nome de escleritos e são separadas por suturas, regiões menos esclerotizadas, portanto mais flexíveis. (Rupert & Barnes, 1996).

Existe grande variação quanto à espessura do exoesqueleto. Por exemplo, os besouros, (ordem Coleoptera) possuem um exoesqueleto extremamente rígido, enquanto os piolhos (ordem Phthiraptera) possuem um exoesqueleto relativamente frágil. Mas que relação se pode estabelecer com a diversidade dos insetos? Se analisarmos a filogenia (Fig. 1) veremos que os Coleoptera são muito mais diversos em número de espécies do que os Phthiraptera podendo se estabelecer uma suposta relação de que, quanto mais rígido o exoesqueleto, maior é a proteção mecânica que ele confere e portanto maior a chance de sobrevivência do inseto.Na natureza existem insetos ápteros e alados (Pterygota), sendo possível observar a predominância numérica do segundo em relação ao primeiro, sugerindo que as asas teriam sido uma adaptação evolutiva que permitiu maior diversificação dos grupos que as portam.

Em relação ao surgimento das asas, verifica-se que, quanto à seqüência de processos evolutivos que deram origem a elas, não existe concordância entre os autores, além de o registro fossílifero ser limitado, pois são encontrados tanto fósseis de insetos ápteros como alados, mas não um fóssil de um organismo que representasse um tipo intermediário entre essas duas formas (Rupert & Barnes, 1996). Afora isso, eventos que ocorreram nesse tempo passado não podem ser, a rigor, propriamente conhecidos, mas apenas hipóteses de como elas teriam acontecido podem ser formuladas.

As duas principais hipóteses a respeito da origem da asa e evolução do vôo são a paranotal e a epicoxal. A primeira postula que as asas teriam origem a partir de projeções laterais rígidas do noto do tórax que foram gradualmente aumentando. Projeções como essas podem ser encontradas no fóssil de Stenodictya lobata (Fig 2). A segunda afirma que elas teriam provindo do desenvolvimento do exito da epicoxa, que no organismo ancestral desempenharia o papel de brânquias (Gillott, 2005).

Figura 2: representação gráfica de um Stenodictya lobata (Grimaldi & Engel, 2005).

Na filogenia, o caráter “presença de asas” separa o grupo monofilético Pterygota (mesmo que alguns de seus membros tenham secundariamente perdido as asas por processos de reversão) do restante dos insetos (Rupert & Barnes, 1996) e abrange quase todas as ordens de Insecta. Sabe-se que a presença de asas auxiliou na movimentação, potencializou o acesso a novas fontes de alimento além de auxiliar na fuga de predadores (Rupert & Barnes, 1996). Entretanto, não se pode afirmar que a asa foi a única responsável pelo domínio de Pterygota, pois dentre eles alguns grupos alados são menos diversos que os grupos ápteros, por exemplo os Phthiraptera ápteros são mais diversos que os alados Mantodea (louba-a-deus).

Os Pterygota são divididos em “Palaeoptera” e Neoptera, sendo o primeiro um grupo parafilético (composto pelas ordens Odonata – onde se encontram as libélulas – e Ephemeroptera) e o segundo um grupo monofilético cuja sinapomorfia é um conjunto de características associadas à capacidade de dobrar as asas umas sobre as outras sobre o abdômen (Grimaldi & Engel, 2005).

O que causa essa diferença é o fato de que nos “Palaeoptera” a articulação constituída com a asa se dá através de placas auxiliares que estão fundidas (Grimaldi & Engel, 2005). Diferentemente, os Neoptera possuem os escleritos da base da asa articulados. Esse grupo abriga a maior parte das ordens de Pterygota.

Considera-se que a capacidade de dobrar as asas de Neoptera teria sido muito relevante por permitir a irradiação dos insetos em micro-habitats, como buracos no solo ou em cascas de árvores, lugares onde as asas esticadas seriam um obstáculo. Além disso, acredita-se que o dobramento alar foi acompanhado pela redução corporal de várias ordens (Rupert & Barnes, 1996).

Luzes de alerta!

Uma notícia de divulgação científica chamou-me a atenção hoje: Luzes de alerta, não só pelo fato de um ambiente como o Cerrado restringir-se aos livros didáticos (basta viajar pelo planalto central para averiguar isso), mas principalmente por mostrar como a Sistemática é sim o cerne de toda a biologia. Nessa matéria, é possível encontrar, além de todo apelo emocional, social e econômico pela preservação do Cerrado, aspectos de taxonomia alfa, relações ecológicas, bioquímica e farmacologia e, acima de tudo, evolução.

Como assim evolução? Evolução sim.

A enzima luciferase (relacionada aos processos de bioluminescência) é encontrada em certas espécies de insetos, algas, peixes, bactérias, fungos, celenterados, anelídeos e artrópodes, sendo os vaga-lumes os mais conhecidos. Será que essa enzima é a mesma em todos esses grupos, ou seja, são homólogas? Sabe-se que esses grupos compartilham um ancestral comum remoto e que os processos bioquímicos de produção e atuação dessas enzimas são os mesmos. Mas também se sabe que cada um desses grupos pertence a linhagens evolutivas diferentes e que, mesmo dentro de cada grupo, apenas algumas espécies apresentam a característica bioluminescente.

O problema das homologias não é recente em sistemática. Algumas proposições, como homologias primárias e secundárias (p.ex. de Pinna, 1991), tornaram-se ícones e acabam dificultando a inserção de novos pensamentos em um panorama evolutivo. Hoje, com o desenvolvimento da biologia do desenvolvimento e da evo-devo, é possível pensar em homologias profundas, em características homoplásticas como resultado de um processo evolutivo do qual as características são sim compartilhadas em um nível mais remoto da filogenia, e não mais como erro procedimental. Os estudos genéticos permitiram mostrar a existência de conjuntos gênicos homólogos compartilhados pelos mais variados níveis da filogenia. Isso só reforça a idéia da Sistemática como unificadora de toda a Biologia, pois permite compreendermos os processos biológicos e a diversidade que nos cercam com base em um arcabouço histórico-evolutivo, seja na ecologia, bioquímica, genética, taxonomia, fisiologia, entre outras áreas.

Num primeiro momento é difícil pensar na espécie humana como um animal como todos os outros, inserido em um contexto histórico-evolutivo de milhões de anos. Compreendido isso, torna-se mais difícil ainda não interpretar toda e qualquer ação humana como natural. Nenhuma espécie sobrevive sem interagir com o ambiente. É biologicamente impossível uma vez que a composição de qualquer organismo vivo e o próprio surgimento da vida relacionam-se aos chamados compostos abióticos (p.ex. luz, solo, temperatura e água). O Cerrado não será trazido de volta, mas é possível, por meio de divulgação científica e do desenvolvimento de um pensamento evolutivo, conscientizar a população sobre o ambiente que a cerca e sobre a necessidade urgente de exploração racional de qualquer recurso natural.

Que espécie é esta?

Acho que todo biólogo alguma vez na vida já se deparou com a seguinte pergunta: “que espécie é esta?”. Como se fosse uma tarefa trivial e inerente a qualquer pessoa que se propôs a estudar Ciências Biológicas.

A descrição de uma espécie nova remete a chamada taxonomia alfa, o processo de descrições das entidades biológicas e sua adequação às categorias biológicas (o processo de classificação). É a etapa primordial de qualquer estudo que vise conhecer a diversidade que nos cerca, e vem sendo realizado há centenas de anos, a partir do momento em que o homem refletiu o mínimo que fosse sobre o ambiente que o cerca. Não estamos sozinhos e o que nos cerca deve, de alguma forma, ser reconhecido e diferenciado a título de comunicação.

A taxonomia inicia-se com coletas e posterior reconhecimento do material coletado. Passada essa etapa, comparações com material depositado em coleções de museus são inevitáveis a fim de reconhecimento de determinado espécime como novo ou não. Se não, há apenas o reconhecimento de mais um ponto de distribuição para uma espécie já conhecida. Se sim, iniciam-se os procedimentos de descrição, montagem e preparação do material, ilustrações e fotografias, preparação e submissão do manuscrito, e a fixação final de um nome a um espécime depositado em alguma instituição científica por meio da publicação de um artigo científico. Só a partir desse momento temos uma nova espécie.

Mas o que representa isso? Um trabalho de taxonomia criterioso e bem feito, que demora em média e de forma otimista um ano para ser publicado, sem expectativas de reconhecimento por parte da sociedade e muito menos das instituições de fomento é o suficiente para responder a pergunta?

Infelizmente, o estado da arte da taxonomia hoje não é dos mais promissores. A velocidade com que as espécies vêem sendo descritas e classificadas é muito menor que a velocidade do processo de extinção, seja por causas naturais ou não. Vivemos um momento em que há um declínio de pessoas interessadas em fazer taxonomia (ciência básica) e um desinteresse geral da população em conhecer e divulgar resultados que não sejam aqueles das pesquisas aplicadas, ou seja, úteis aos seres humanos. Sem contar as restrições a coletas e empréstimo de material biológico.

Eu não acho que esta seja uma tarefa restrita a jornalistas e editores de revistas. Acredito que os cientistas são responsáveis por divulgar seus resultados em uma linguagem acessível à população em geral. Esse é um dos motivos pelo qual eu criei este blog.

Mas a resposta a pergunta que sempre nos deparamos não é simplesmente o nome. Os nomes pertencem a entidades que se relacionam ao longo do tempo e no espaço, que vêem se modificando ao longo de milhares de anos. Como estabelecido por Croizat (1894-1982), vida (forma) e Terra (espaço) evoluem juntos ao longo do tempo. Reconhecer essas relações evolutivas é uma parte importantíssima do processo e a que permite que essas espécies sejam estudadas em etapas posteriores, como modelos em estudos de ecologia, biogeografia, fisiologia, genética, biologia molecular, embriologia, entre outras.

De que adianta um estudo realizado com modelos biológicos dos quais não se sabe nem mesmo o nome, a que grupo pertence, a quais espécies este meu modelo relaciona-se e para quais grupos meus resultados podem ser extrapolados e para quais não?

Só a Sistemática pode abarcar todas essas questões. A Sistemática é a unidade unificadora de toda a Biologia, o pilar da Biologia Comparada, e é sustentada por três tripés: taxonomia alfa, estudo das relações evolutivas e aplicação desses dados em áreas específicas da Biologia.

A Biologia é uma ciência ainda em construção, mas ao menos desde Aristóteles (384-322 a.C.) pode-se dizer haver uma ciência da Biologia. Atualmente, a Biologia Comparada é uma mistura de paradigmas acumulados ao longo de séculos e corresponde a uma integração de diferentes áreas como a sistemática, a biogeografia e a embriologia. A compreensão da diversidade biológica, da origem do padrão de semelhanças e diferenças é o problema da Biologia Comparada, de modo geral, e da Sistemática, em particular.

O pensamento biológico desenvolveu-se em torno de especialidades, passando de uma visão idealista do homem sobre sua posição dentro da diversidade biológica para uma compreensão das características humanas dentro de um enfoque histórico e temporal. A discussão sobre a gênese da diversidade tem raízes antigas, mas mesmo dentro de um contexto criacionista houve discussões sobre aspectos particulares do processo de criação, em alguns casos questionando pressupostos platônicos e aristotélicos quanto à ontologia das espécies. O advento da teoria da evolução permitiu uma compreensão mais clara da origem da diversidade e da ordem subjacente a ela, mas foi o desenvolvimento de um método de reconstrução da história evolutiva dos grupos, a Sistemática Filogenética ou Cladística, fundamentada pelo entomólogo alemão Willi Hennig (1885-1965), que permitiu a unificação das diferentes áreas da biologia no escopo da Biologia Comparada.

A meu ver, com exceção de algumas espécies presentes no cotidiano de cada biólogo, dificilmente consigamos responder essa pergunta que nos persegue desde o momento em que prestamos vestibular. Não só porque a diversidade que nos cerca é pouquíssimo conhecida ou porque o processo de reconhecimento de espécies envolva a utilização de recursos disponíveis apenas em instituições de pesquisa, mas simplesmente porque um nome sozinho nada representa além de mais um em um somatório de milhões ou bilhões.

A pergunta correta, e essa sim os biólogos têm condição de responder de prontidão, é: com quais espécies esta se relaciona no tempo e no espaço?

Créditos
As imagens são de Chico Felipe (INPA)

Sistemática, Biogeografia, Coleta e Curadoria

Referências bibliográficas IX Curso de Verão em Entomologia, realizado na FFCLRP/USP. Janeiro de 2011.

Circunscrição e extensibilidade de conceitos básicos de Sistemática filogenética

Danilo C. Ament & MSc. Renato S. Capellari
Laboratório de Morfologia e Evolução de Diptera, Depto. Biologia, FFCLRP-USP
e-mails: danmmnt@hotmail.com, rscapellari@gmail.com

AMORIM, D.S. 2002. Fundamentos de Sistemática Filogenética. Holos Editora: Ribeirão Preto, São Paulo.
HALL, B.K. 2003. Descent with modification: the unity underlying homology and homoplasy as seen through an analysis of development and evolution. Biological Reviews, 78: 409-433.
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Conhecendo e conservando a Biodiversidade: integrando o conhecimento através da Biologia e Biogeografia da Conservação

MSc. Rafaela L. Falaschi & MSc. Sarah S. Oliveira
Laboratório de Morfologia e Evolução de Diptera, Depto. Biologia, FFCLRP-USP
e-mails: rlfalaschi@gmail.com, saraholiveira@pg.ffclrp.usp.br

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O conhecimento taxonômico a serviço da conservação da Biodiversidade: coleta, curadoria e museologia

MSc. Rafaela L. Falaschi, MSc. Sarah S. Oliveira & MSc. Renato Soares Capellari
Laboratório de Morfologia e Evolução de Diptera, Depto. Biologia, FFCLRP-USP
e-mails: rlfalaschi@gmail.com, rscapellari@pg.ffclrp.usp.br, saraholiveira@pg.ffclrp.usp.br

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http://revistapesquisa.fapesp.br/?art=4319&bd=1&pg=1&lg=

http://www.ioc.fiocruz.br/livroinsetos/

“O tempo não pára”

Em 7 de julho de 1990 o Brasil perdia o “poeta do Rock”, Agenor de Miranda Araújo Neto (Cazuza), vítima, aos 32 anos de idade, de uma doença na época cercada de incertezas, a AIDS/SIDA. Para muitos Cazuza foi uma pessoa de muita coragem, rebelde e polêmico, capaz de revolucionar e libertar uma juventude repreendida pela ditadura. Seu penúltimo disco, O Tempo Não Pára, foi lançado em 1989.

O tempo, em nossas vidas, é percebido com um intervalo pequeno, de nascimento, crescimento e morte de pessoas queridas. Um período em que deixamos de viver com nossos pais por uma formação profissional, para constituirmos família e deixarmos nossos descendentes. Mas o tempo, o tempo não pára! E para um biólogo, tempo remete a um processo evolutivo, de descendência com modificação ao longo de incontáveis gerações.

A Terra, com seus quatro bilhões de anos, já presenciou e influenciou uma diversidade de espécies incompreensível para as limitações da percepção humana. A diversidade biológica (forma) sofre modificações ao longo do tempo e o mesmo aconteceria com as áreas nas quais esses organismos se distribuem (espaço). Assim, a história da fragmentação das áreas refletiria a história de fragmentação das espécies ancestrais até chegar à diversidade atual. Estima-se que a biodiversidade que conhecemos hoje represente apenas uma pequena parcela da diversidade pretérita. Mesmo assim, ainda não fazemos idéia do número de organismos que habita a Terra. As estimativas variam grandemente, de 10 a 100 milhões de espécies. Foram descritas até hoje menos de 2 milhões delas, uma ínfima fração de toda a diversidade estimada, e novas espécies são continuamente descobertas e descritas em todas as partes do mundo. O simples confronto desses números fornece a dimensão do desafio lançado aos pesquisadores que tratam de descrever e mapear a biodiversidade.

Em uma comparação curiosa entre números de vasta grandeza, o entomólogo E. O. Wilson, um renomado estudioso da biodiversidade, destaca que sabemos o número de estrelas na Via Láctea (aproximadamente 10 elevado à 11), bem como a massa de um elétron (9,1 x 10 elevado à -28 gramas), mas, em relação ao número de espécies, sobre isso não temos uma vaga idéia (nem mesmo de sua ordem de grandeza). Embora suas afirmações tenham sido feitas pouco mais de 20 anos atrás, as perspectivas não melhoraram muito desde então. Imbrica-se a essa questão a crise da biodiversidade: as espécies estão se extinguindo com uma velocidade muito maior do que se consegue descobri-las e descrevê-las. E este é um quadro preocupante, uma vez que a desestruturação dos sistemas vivos abalará – além da já consumada perturbação – o equilíbrio dinâmico da natureza em escala global.

A irrepetibilidade dos fenômenos evolutivos complica ainda mais a situação. Todas as formas de vida conhecidas são resultado de um processo casual e adaptativo, quanto à origem e sobrevivência, respectivamente. Dessa forma, não existem indivíduos iguais, assim como não existem ambientes, tempo e espaço iguais. A compreensão dos complexos fenômenos biológicos responsáveis pela enorme diversidade da vida é fundamental para que possamos entender o processo evolutivo.

Quando o homem empenha-se em preservar a diversidade, geralmente as espécies “carismáticas”, consegue bons resultados, como é o caso do urso panda, lobos-cinzentos, águias-de-cabeça-branca, peixe-boi, entre outros exemplos. Mas isso não muda o padrão global de avanço constante da extinção e de perda da biodiversidade que o acompanha.

Sob essas perspectivas, a sistemática biológica é ora alicerce, ora edifício, uma vez que a maioria dos estudos em Biologia precisa de um reconhecimento sistemático prévio de seus modelos de trabalho. A descrição da diversidade biológica não representa apenas um aumento estatístico do número de espécies conhecidas. Por trás disso – ou melhor seria dizer “além” – está um acréscimo de compreensão sobre a diversidade natural: as espécies, que agora existem formalmente (após receberem um nome), relacionam-se tanto sob uma perspectiva histórica como ecológica, e o conhecimento de como isso se dá pode auxiliar na manutenção e preservação dessa biodiversidade, bem como no uso consciente desses recursos.

Embora seja de fundamental importância para a Biologia, o conhecimento sobre a biodiversidade está longe de ser acessado, e mais ainda exprimido, com exatidão no tocante ao número de espécies existentes. Essa aparente incapacidade em se descrever a biodiversidade numa velocidade satisfatória – o assim chamado “impedimento taxonômico” – vem sendo debatida há algumas décadas. Inicialmente a ênfase era dada à falta de sistematas disponíveis. Contemporaneamente, a formação de pessoal capacitado é maior (o Brasil sendo um dos países com maior índice de publicação em periódicos de sistemática), contudo a diferença entre espécies a serem descritas e profissionais a descrevê-las adequadamente ainda é discrepante.

A proposição de qualquer nova espécie é uma hipótese, que, como tal, requer rigores teóricos, empíricos e metodológicos. Nesse sentido, os espaços não formais, como os museus, oferecem um respaldo importante à delimitação da sistemática biológica como ciência, tornando os exemplares nos quais se basearam essas proposições acessíveis, a fim de que seja possível a checagem de suas características e a confirmação dos resultados. Museus, sendo os protetores da integridade desses exemplares, garantem que eles possam ser acessados futuramente, de modo que as hipóteses de espécie que eles sustentam possam ser descartadas ou corroboradas através de uma nova interpretação dos dados.

Outra face da mesma moeda também contribui para a desobstrução do impedimento taxonômico, pois os museus, enquanto depositários de uma rica fonte de informações sobre os mais diversos grupos, fornecem um terreno fértil de produção científica no campo da sistemática biológica. As coleções científicas abrigadas nessas instituições constituem uma base de dados essencial não só para os estudos de caracterização de fauna e flora, mas também sobre impacto ambiental, tornando sua importância inegável. É possível inclusive dizer que o trabalho do sistemata está praticamente não dissociado dos museus, instituições mantenedoras de sua matéria-prima.

A descrição da biodiversidade é tanto o fim de um processo como também o início de vários outros. Alguns grupos animais (insetos aquáticos, por exemplo) são tidos como indicadores de qualidade ambiental, e sua identificação ao nível de espécie fornece bons indícios para diagnosticar se uma área está ou não sendo degradada. Estudos de levantamento de fauna e flora, que requerem o conhecimento fino na identificação de espécies, são de fundamental importância em estudos e relatórios de impacto ambiental (EIA/RIMA). Estudos de biogeografia (que lidam com a distribuição de espécies no ambiente) são totalmente dependentes de uma base de dados da sistemática, de modo que a qualidade do primeiro depende do refinamento do segundo. É possível usar os resultados desse tipo de pesquisa como norteadores na escolha de áreas de preservação.

Em tempos de crise da biodiversidade e impedimento taxonômico, em que a diversidade planetária está sendo perdida em ritmo acelerado antes mesmo de ser reconhecida, cabe a espécie humana sobreviver de forma que as alterações das paisagens naturais se dêem de forma sustentável. Como forma e espaço evoluem juntos ao longo do tempo, o funcionamento dos ecossistemas depende da biodiversidade associada e extinções não naturais podem comprometer de forma drástica a continuidade das espécies na Terra. O espaço, cujas modificações influenciam as formas de vida, está sendo alterado de forma irreversível. Como o processo evolutivo é único, casual e não previsível, não conseguiremos fazer previsões sobre qual espécie contará a próxima história, porque o tempo, o tempo não pára, e infelizmente não conseguimos controlá-lo.

Assim como na música, em que os poetas se vão como um curso natural da vida e as letras continuam ao longo das gerações expressando as condições sociais de uma época, as formas de vida modificam-se ao longo do tempo e, por meio dos processos reprodutivos, garantem a sobrevivência e continuidade da espécie, que pode adaptar-se às condições ambientais momentâneas, agindo e fazendo parte da história do planeta em um pequeno recorte temporal, ou extinguir-se.

Leituras sugeridas
Carvalho, M.R. et al. 2005. Revisiting the Taxonomic Impediment. Science, 307(5708): 353.
Carvalho, M.R. et al. 2007. Taxonomic Impediment or Impediment to Taxonomy? A Commentary on Systematics and the Cybertaxonomic-Automation Paradigm. Evolutionary Biology, 34(3-4): 140-143.
Kunzig, R. 2009. Ilhas da Controvérsia. Especial Scientific American Brasil. Terra 3.0. Soluções para o progresso sustentável, 1: 22-29.
Santos, C.M.D. & Amorim, D.S. 2007. Why biogeographical hypotheses need a well supported phylogenetic framework: a conceptual evaluation. Papéis avulsos de Zoologia, 47(4): 63–73.
Wheeler, Q.D., Raven, P.H. & Wilson, E.O. 2004. Taxonomy: Impediment or expedient? Science 303: 285.
Wilson, E. O. 1985. Time to revive systematics. Science, 230: 1227.
Zaher, H. & Young, P.S. 2003. As coleções zoológicas brasileiras: panorama e desafios. Ciência e Cultura, 55(3): 24-26.

Evolução e Ensino de Ciências – Parte III

De forma geral, o tema evolução é abordado em sala de aula de forma rápida, em poucas aulas, na terceira série do ensino médio. É um tópico independente, sem relação com as outras disciplinas, distanciando a teoria de seu contexto original.

A percepção dos alunos baseia-se na relação Darwin X Lamarck, sendo que o contexto histórico no qual a teoria foi desenvolvida, as modificações de pensamento e formas de interpretação mundana ao longo de séculos são deixados de lado, assim como a influência de vários autores na obra de Darwin, em especial Wallace.

O ensino de evolução geralmente se apóia na teoria de seleção natural, sem referências a outros mecanismos evolutivos, como deriva genética, efeito do fundador, fluxo gênico, entre outros.

Essa perspectiva tradicional é prejudicial ao entendimento dos alunos, favorece a permanência e difusão de interpretações equivocadas e, acima de tudo, distancia o conteúdo ensinado da famigerada interdisciplinaridade, foco das discussões atuais sobre ensino de ciências, e amplamente facilitada quando desenvolvemos nos alunos uma forma de pensar abrangente, histórica, filosófica, e não há conteúdo melhor para atingirmos esse objetivo que o ensino de evolução.

Segundo o MEC/PCN 2002: “Evolução necessita de uma dimensão histórico-filosófica dada por um amplo senso do Darwinismo e suas conexões com ecologia e outras áreas da Biologia”. Infelizmente, ainda estamos um pouco distantes disso. A maioria dos alunos entende evolução como um processo individual, linear, determinístico (teleológico), como um progresso em direção à forma mais complexa, sendo que o ambiente muda e ocasiona a variação, sem uma compreensão da questão temporal. Além disso, Darwin está sempre certo e Lamarck é um maluco que propôs idéias equivocadas.

Mas como ensinar evolução de forma clara e condizente com a proposição da teoria? Uma abordagem com base na Sistemática Filogenética (Cladística) seria o caminho mais curto (vide p.ex. Calor & Santos, 2004; Santos& Calor, 2007 a,b).

A sistemática filogenética, proposta inicialmente pelo entomólogo alemão Willi Hennig (1885-1965), foi influenciada pelo pensamento evolutivo desde a Síntese Moderna do século XX. Lida diretamente com a descrição da diversidade natural. Propõe um método que reflete os resultados do processo evolutivo e implementa o conceito de ancestralidade comum.

Antes da Filogenética, as classificações já tentavam ser evolutivas, mas eram do tipo intuitivas. Hennig introduziu uma base evolutiva à Sistemática, na qual a descendência com modificação seria a causa do padrão hierárquico de grupos-irmãos. As essências do método Hennigiano podem ser utilizadas como instrumentos em aulas de Biologia, uma vez que a cladística esclarece alguns dos pontos de maior dificuldade de entendimento por parte dos alunos, além de introduzir uma terminologia filosófica e científica.

O objetivo da sistemática Hennigiana é hipotetizar grupos-irmãos, expressando-os através de diagramas ramificados chamados cladogramas. A partir do momento que um aluno consegue interpretar de maneira correta este tipo de diagrama, ele consegue perceber que o processo não é linear, nem determinístico e muito menos um progresso. A leitura desses diagramas, pelo contrário, demonstra que o processo é temporal, populacional, ramificado, por meio de modificações a partir de um ancestral comum, e que todos os táxons terminais encontram-se em um mesmo patamar, nem melhor, nem pior, todos igualmente adaptados às condições ambientais de uma época.

Nas palavras do geneticista Richard C. Lewontin: “A compreensão das relações organismo X ambiente, além de pré-requisito para o entendimento da evolução biológica, é a base para a formação de cidadãos críticos, com responsabilidade ambiental, do qual eles se sintam parte integrante.” E não há caminho melhor que uma perspectiva filogenética, que já é uma cinquentona a ainda distante das aulas de Biologia.

Sugestões de leitura:

Calor, A.R. & Santos, C.M.D. 2004. Filosofia e Ensino de Ciências: uma convergência necessária. Ciência Hoje, 59-61.

Santos, C.M.D. & Calor, A.R. 2007a. Ensino de Biologia Evolutiva utilizando a estrutura conceitual da Sistemática Filogenética - I. Ciência & Ensino 1(2): 1-8.

Santos, C.M.D. & Calor, A.R. 2007b. Ensino de Biologia Evolutiva utilizando a estrutura conceitual da Sistemática Filogenética - II. Ciência & Ensino 1(2): 1-8.