REVELANDO OS SEGREDOS GENÉTICOS DA BORBOLETA MONARCA

A borboleta monarca é um dos insetos mais emblemáticos do mundo, mais conhecido por sua distinta coloração laranja e asas negras e uma espetacular migração em massa anual em toda a América do Norte. No entanto, pouco se sabe sobre os genes subjacentes a essas famosas características, como a migração desses insetos parece estar em perigo.

Monarchs se agrupam para o calor em um site hibernação mexicana. Crédito: Jaap de Roode

Monarcas se agrupam no calor em um local de hibernação no México. Crédito: Jaap de Roode

A partir do seqüenciamento dos genomas de borboletas monarca de todo o mundo, uma equipe de cientistas fez novas descobertas surpreendentes em genética do monarca. Eles identificaram um único gene que parece ser essencial para a migração – um comportamento geralmente considerado como complexo – e outro que controla a pigmentação. Os pesquisadores também lançar luz sobre as origens evolutivas do monarca. Eles relatam suas descobertas na revista Nature.

“Os resultados deste estudo mudam todo o nosso pensamento sobre essas borboletas”, disse o autor sênior do estudo Marcus Kronforst, PhD, Neubauer Família Professor Assistente de Ecologia e Evolução da Universidade de Chicago.

Todos os anos, milhões de monarcas voar a partir do norte, como Canadá para passar o inverno no México. Predominantemente uma espécie norte-americana, o monarca também existe na América do Sul e Central, e há relativamente pouco tempo se espalhou-se pelos oceanos Atlântico e Pacífico. Somente monarcas da América do Norte migrar.

 

A americana Original do Norte

Para entender melhor a genética da monarca e da base para o comportamento migratório, a equipe de Kronforst seqüenciou e comparou os genomas de 101 borboletas monarcas, incluindo norte-americanos migratórias, as monarcas não-migratórias de todo o mundo e algumas espécies estreitamente relacionadas.

Os pesquisadores analisaram as origens evolutivas da monarca usando comparações genéticas. Eles traçaram a linhagem ancestral dos monarcas a uma população migratória que provavelmente se originou no sul dos EUA ou México. A distribuição mundial atual da monarca parece resultar a partir de três eventos de dispersão distintas – na Central e América do Sul; outro lado do Atlântico; e através do Pacífico. Em todos os três casos, a borboleta perdeu independentemente seu comportamento migratório.

A origem norte-americana da monarca contraria a hipótese de longa data que a borboleta se originou a partir de uma espécie tropical não-migratória, que, posteriormente, desenvolveram a capacidade de migrar. Embora registros históricos sugiram que a dispersão da monarca através do Pacífico e Atlântico ocorreu em 1800, a análise indicou que a monarca realmente atravessou os oceanos há milhares de anos. Os autores observam que mais trabalho precisam ser feitos para documentar completamente a história evolutiva da borboleta.

“A fim de resolver claramente a história das borboletas monarcas, ainda precisamos de fósseis, dados arqueológicos e genéticos, bem como a tecnologia mais avançada, tornando-se disponível no futuro”, disse o autor do estudo Shuai Zhan, PhD, professor no Instituto de Xangai de Ciências Biológicas e um ex-colega de pós-doutorado conjunta da Universidade de Chicago e da Universidade de Massachusetts Medical School.

 

Lento e constante

Para estudar a base genética para a migração, a equipe comparou os genomas de borboletas migratórias contra as três populações não migratórias. Eles identificaram mais de 500 genes – a maioria dos quais estão envolvidos no músculo, no desenvolvimento e na função neural – que diferem em algum grau. Mas um único gene disparidade se destacou.

Borboletas migratórias expressam níveis muito reduzidos de colágeno IV α-1, um gene envolvido na formação e função do músculo voo. A equipe descobriu que as monarcas migratórias consumiam menos oxigênio e tinha baixado significativamente as taxas metabólicas no vôo, o que provavelmente aumenta a sua capacidade de voar longas distâncias em comparação com as borboletas não migratórias.

“A migração é considerada como um comportamento complexo, mas cada vez que as borboletas perderam migração, eles mudam exatamente da mesma maneira, e neste um gene envolvido em vôo eficiência muscular”, disse Kronforst. “Em populações que perderam a migração, a eficiência vai para baixo, sugerindo que há um benefício em voar rápido e forte quando eles não precisam migrar.”

O gene da cor

Os pesquisadores investigaram também a base genética para a famosa coloração do monarca. Uma pequena porcentagem das monarcas, principalmente no Havaí, possuem asas brancas e pretas, em vez de laranja. Comparando os genomas destas borboletas contra populações que são normalmente coloridas, a equipe descobriu um único gene parece funcionar como um interruptor de pigmentação.

Este gene, que codifica para uma proteína da família de “proteínas de motor miosina”, nunca antes foi ligada a coloração de insetos. Sua mutação provavelmente interrompe o transporte de pigmentos para as asas, fazendo com que as monarcas fiquem brancas. Um gene relacionado em ratos, a miosina 5a, tem sido demonstrado como afeta a cor do revestimento de uma forma semelhante. O gene representa uma nova via genética para explorar coloração de insetos, de acordo com Kronforst.

Migração em perigo

Embora o monarca não esteja em perigo de extinção, a sua famosa migração em massa em toda a América do Norte parece estar em perigo. Em 1996, cerca de um bilhão monarcas migraram para o México no inverno. As estimativas para o ano passado, o número ficou em torno de 35 milhões. O provável culpado é a perda de serralha, habitat principal da monarca, devido ao uso de herbicida agrícola. Enquanto isso, os monarcas que costumavam migrar estão fazendo a transição para as populações não migratórias ao redor da costa do Golfo.

Os resultados deste estudo enfatizam a necessidade de esforços de conservação para preservar a migração icônica e se estendem a história evolutiva extraordinária da borboleta monarca, de acordo com os autores.

“Você costumava ver um grande número de monarcas, nuvens deles passando por ai”, disse Kronforst. “Agora parece bem possível que no futuro não muito distante, essa migração anual não vai acontecer.”

O estudo, “A genética da migração da borboleta monarca e a coloração de advertência”, foi financiado pelos Institutos Nacionais de Saúde, Fundação Nacional de Ciência e Neubauer Fundos da Universidade de Chicago.

Autores incluem Wei Zhang, da Universidade de Chicago, Kristjan Niitepold e Jeremy Hsu, da Universidade Stanford, Juan Fernandez Haeger da Universidade de Córdoba, Myron P. Zalucki da Universidade de Queensland, Sonia Altizer da Universidade de Georgia, Jacobus C. de Roode da Universidade de Emory e Steven M. Reppert, da Universidade de Massachusetts Medical School.

Fonte: Science Daily

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