CIENTISTAS DO SMITHSONIAN DESCOBREM FÓSSIL DE INSETO SEMELHANTE A BORBOLETA NO MESOZÓICO. (Comentado)

Estudo revela raro exemplo de convergência evolutiva, co-evolução planta-inseto e evidência de uma rede cada vez mais complexas da vida de 165 a 125 milhões de anos.

Uma foto do moderno da borboleta da coruja (Caligo Memnon) mostrado abaixo um fossilizado lacewing Kalligrammatid (Oregramma illecebrosus) mostra algumas das características convergentes evoluíram de forma independente pelos dois insetos relacionados com o distante, incluindo manchas ocelares asa e escalas da asa.

Uma foto da moderna da borboleta olho-de-coruja (Caligo Memnon) mostrado a esquerda e um neuroptero da família Kalligrammatidae (Oregramma illecebrosus) que mostra algumas das características convergentes que evoluíram de forma independente pelos dois insetos relacionados distantemente, incluindo manchas ocelares na asa e escamas das asas.

Grandes insetos semelhantes a borboletas conhecido como “lacewings Kalligrammatid” (Neurópteros da família Kalligrammatidae), que flutuavam através de “samambaias” nos bosques da Eurasia durante a Era Mesozóica, cheias de Cicadófitas, e parecem ter sido extintos há mais de 120 milhões de anos. Mas com novas análises fósseis, os cientistas do Museu Nacional de História Natural do Smithsonian descobriram que estes neurópteros antigos eram surpreendentemente semelhantes às modernas borboletas, mas que não aparecem na Terra a mais 50 milhões de anos.

Através da taxonômia, anatômia e estudos geoquímicos, os cientistas liderados pelo paleoecologista Smithsoniano Conrad Labandeira revelou que neurópteros Kalligrammatidae provavelmente serviram como importantes polinizadores durante tempos meados do Mesozóico, usando peças bucais que eram notavelmente semelhantes às estruturas alongadas, tubulares que as borboletas modernas para saborear os néctares fluídos – como a partir de plantas com flores. Além do mais, as suas asas suportaram padrões de manchas ocelares que se assemelham as encontradas em algumas borboletas de hoje, o que pode ter ajudado a distrair ou dissuadir potenciais predadores.

Vichai Malikul, Smithsonian A reconstrução do lacewing Kalligrammatid (Oregramma illecebrosus) consumir pólen cai em uma planta bannettitalean (williamsonia), uma planta antiga que viveu ao lado do lacewing.

A reconstrução do neuróptero Kalligrammatidae (Oregramma illecebrosus) que se alimentava de pólen em uma bannettitalean (Williamsonia), planta antiga que viveu ao lado dos neurópteros desta família. Créditos: Vichai Malikul, Smithsoniano

Labandeira e seus colegas – uma equipe internacional de geoquímicos, botânicos, entomologistas e paleobiologistas – relataram suas descobertas na revista  Proceedings of the Royal Society B. Os resultados representam um notável exemplo de evolução convergente entre essas duas linhagens independentes, na qual dois grupos distintos de organismos evoluíram traços similares e como eles interagem para ter características semelhantes em seus ambientes.

Paleobiólogos sabem que da existência de neurópteros Kalligrammatidae há mais de 100 anos  e que viviam na Eurásia durante o Mesozóico. Mas o inseto têm permanecido praticamente um enigmática até recentes descobertas de fósseis bem preservados de dois locais no nordeste da China. Graças a lagos extensos que limitaram a exposição ao oxigênio nessas áreas durante meados do Jurassico e através do tempo Cretáceo, os paleontólogos foram capazes de recuperar os fósseis requintadamente preservada que retêm grande parte da sua estrutura original.

Labandeira, que é o curador do museu de fósseis de artrópodes, começou a análise de fósseis de Kalligrammatidae a partir destes locais, produzindo desenhos precisos de amostras utilizando uma câmara lúcida. Este dispositivo de projeção permite que artistas rastrear traços finos, como a cabeça e peças bucais de insetos, enquanto visualiza-os sob um microscópio. Os desenhos de Labandeira representam insetos com surpreendentemente longas trombas, tubulares. “Várias características dos aparelhos bucais indicam que essas coisas foram usadas para sugar fluidos de estruturas reprodutivas de plantas gimnospermas”, disse Labandeira. Essa idéia foi apoiada por uma análise de um pouco de material persistente dentro do tubo de alimentação de um fóssil, que foi encontrado contendo apenas carbono. O inseto tinha se alimentado de sangue, a sua última refeição teria deixado vestígios de ferro no tubo alimentar.

Embora aparelho bucal dos neurópteros foram notavelmente semelhantes aos de borboletas modernas, não havia flores que produzissem néctar nessas florestas do Mesozóico. O Paleobotânico David Dilcher da Universidade de Indiana, um membro da equipe de pesquisa, disse que, como muitos insetos Mesozóico, neurópteros teriam se alimentado com gotas de pólen açucarados produzidos por plantas com sementes, transferência de pólen entre as partes da planta fêmea do sexo masculino e, como eles fizeram isso. Um grupo extinto de plantas chamado bennettitaleans, cujas estruturas tubulares reprodutivas profundas podem ter sido acessado por trombas, provavelmente foi a principal fonte de alimento para os neurópteros em co-ocorrência. Mas as variações nas formas das trombas entre os fósseis sugerem que os insetos foram associados com uma grande variedade de plantas hospedeiras.

A observação cuidadosa dos fósseis também revelou a presença de escamas nas asas e peças bucais, que, como as escamas de borboletas modernas, provavelmente continham pigmentos que deram os insetos cores vibrantes. Com base nas semelhanças entre os padrões de asa de neurópteros e os encontrados em borboletas Nymphalidae modernas (um grupo que inclui as do gênero Vanessa), Labandeira disse que os neurópteros poderiam ter sido decorados com tons de vermelho ou laranja.

Essa descoberta levou a equipe a examinar a composição química das várias regiões asas modeladas dos neurópteros, particularmente as manchas ocelares das asa, as manchas semelhantes a olhos que poderiam ter persuadido potenciais predadores em florestas do Mesozóico. Em borboletas modernas com manchas ocelares, o centro escuro da marca é formada pela concentração do pigmento melanina. Uma análise química sensível indicou que o  neurópteros também tinham melanina no centro das suas manchas ocelares.

“Isto, por sua vez, sugere que os dois grupos de insectos compartilhar um programa genético para a produção de escama”, disse Labandeira. “O último ancestral comum destes insetos viveu há cerca de 320 milhões de anos atrás, no final do Paleozóico. Então nós achamos que este deve ser um mecanismo de desenvolvimento que vai todo o caminho de volta para as origens de insetos alados,”

Tomados em conjunto, os resultados da equipe para destacar duas maneiras em que as relações entre a planta-hospedeiro e suas espécies polinizadoras impulsionaram a evolução, disse Dilcher. “Aqui, temos co-evolução de plantas com esses animais devido ao seu comportamento alimentar, e temos a co-evolução dos neurópteros e seus predadores. É construir uma teia de vida que é cada vez mais complexa”.

Fonte: News Desk Smithsonian

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Comentários internos

Vale lembrar que as manchas ocelares são determinadas pelo gene Distal-less que é responsável pela determinação de características em artrópodes em geral, portanto, faz completo sentido presumir seu papel no grupo dos neurópteros.

As asas de Drosophila são construídas com os mesmos genes que constroem as asas das borboletas, e o comando é dado pelo Distal-less. A frequência e intensidade de expressão deste gene (determinada por interruptores genéticos) em ambos os animais são distintas embora o gene em si seja homólogo. Isso ocorre porque há um interruptor a mais no Distal-less em borboletas que tem padrões de atividade distintos e com funções distintas (mas não sua sequencia de pares de bases). Enquanto em drosofilas esse gene produz as asas e pernas e um segundo par de asas modificadas em halteres, em borboletas eles são responsáveis pela produção igualmente das pernas e asas anteriores, (porém desativados na construção do segundo par de asas, pelo gene Ultrabithorax, que constrói um padrão de asas diferentes). Além disto, o distal-less ganha uma nova função em borboletas, produzir manchas ocelares em borboletas da família Nymphalidae. O mesmo gene é homólogo ainda entre aracnídeos, onde é responsável pela produção das fiandeiras e pulmões foliáceos, bem como nas branqueias de crustáceos, nas pernas do onicoforo e muito provavelmente (99%) em trilobitas por serem um grupo irmão que compartilha as mesmas características com crustáceos. Esse gene certamente vem do ancestral comum de todos os artrópodes que antecede o Cambriano estando presente certamente na Aysheaea que é o ancestral comum de todos esses artrópodes (Carrol, 2006).

O artigo que traz a descrição dos neurópteros e apresenta uma série de análises que do ponto de vista entomológico podem representar o papel do Distal-less em um grupo já extinto pertencente á família Kalligrammatidae. Seria interessante saber se o Distal-less também se tornou responsável pela produção destas manchas ocelares (o que mstraria origens independentes de uma mesma característica pelo mesmo gene) ou se outro gene faz este papel. De qualquer modo, seria um caso bastante interessante.

Kaligrama 1

A diversidade estrutural de Kalligrammatidae. Os espécimes são de Jiulongshan (China) datados do Jurássico (JIU); do Jurássico da regiõ de Karabastau (KAR), Cretáceo Inferior em Yixian Cazaquistão (YIX). São nove espécies que mostram hábitos em geral. As setas indicam as trombas. (A) Kalligramma circularia (JIU); (B) Affinigramma myrioneura (JIU); (C) A. myrioneura (JIU); (D) Kallihemerobius feroculus (JIU); (E) Oregramma aureolusa (YIX); (F) Ithigramma multinervia (YIX); (G) Abrigramma calophleba (JIU); (H) Kalligramma brachyrhyncha (JIU); e (I) Oregramma illecebrosa (YIX). (I-k) vistas laterais da estrutura ovipositora em O. illecebrosa acima: (i) espécime intactas; (J) ovipositor completo e segmentos abdominais; e (K) os pares de válvulas laterais. (L-q): cinco manchas ocelares; (L) Tipo de escama na asa com dois anéis externos (O. illecebrosa, YIX); (M) Tipo de escama com um único anel externo, com disco central pigmentado (Kallihemerobius almacellus, JIU); (N) Tipo de escama semelhante a (M) (Kallihemerobius feroculus, JIU); (O) Tipo de escama na asa com uma área circular com diversos tons, e disco central pigmentado (Ithigramma multinervia, YIX); (P) Tipo de escama na asas e um disco central pigmentado, com um anel mais externo; e (Q) Tipo de escama na asas com disco central pigmentado (Kallihemerobius aciedentatus, JIU). Barras de escala: sólido, a 10 mm; listrado, 1 mm. Clique para ampliar.

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Contexto filogenético das manchas ocelares em meados de Mesozóico em kalligrammatideos em comparação com lepidópteros modernos. O material fóssil mais bem preservado foi utilizado para esta análise. (A) A árvore mais parcimoniosa da Kalligrammatidae com a asa anterior direita condição sobre clados terminais e prováveis pontos para as origens das manchas ocelares

Contexto filogenético das manchas ocelares em meados de Mesozóico em kalligrammatideos em comparação com lepidópteros modernos. O material fóssil mais bem preservado foi utilizado para esta análise. (A) A árvore mais parcimoniosa da Kalligrammatidae com a asa anterior direita condição sobre clados terminais e prováveis pontos para as origens das manchas ocelares. Clique para ampliar

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Microestrutura de três tipos forewing EyeSpot kalligrammatid e suas escamas cuticulares. (A) Kalligrammatid tomada escala asa elipsoidal mantém uma base quebrada escala em secção transversal de quatro inferiores (setas de fundo) e três (setas em cima) superiores costelas, ampliadas a partir superior direito (j). Este tipo de soquete recebe escalas planas distintas sobre as principais veias presentes em outros lugares na asa, descrito como uma sobreposição desenho em (b), mostrando quatro nervuras longitudinais basal e oito costelas terminal em Kalligramma sp. (JIU). Para efeito de comparação de (b), em (c) e (d) é uma escala pata dianteira do moderno neuropteran Lomomyia squamosa (Berothidae) (material suplementar eletrônica, texto S2), em uma SEM à esquerda (c) e sobreposição de desenho à direita (d). (E-h) Um Tipo 4 acama de Kalligramma circularia (JIU). (E) fotografia Luz mostrando acama padrão de pigmentação, com a microscopia de epifluorescência revelando um ocule diferente pigmentada (f), e três ocules adicionais (g), cada um em um compartimento asa cercado por veias pequenas rolamento achatada, quatro-com nervuras escalas, quatro mostrado na o SEM em (h). (I) fotografia de luz de um Tipo 2 acama de Kallihemerobius almacellus (JIU), mostrando sete ocules hued esbranquiçadas que cercam um disco pigmentada central, o limite (modelo) mostra soquetes menores vazios escala em áreas internervais e tomadas de maior escala ocasionais em veias na SEM em (J). Tomada escala de asa grande no canto superior direito ampliada em (a). (K-n) e (p) Uma fotografia luz de um tipo 1 acama (k) a partir Oregramma illecebrosa (YIX), com disco central pigmentada escura cercada por ocules esbranquiçadas e dois anéis exteriores escuros. (L) SEM detalhe de quatro escalas curvadas, cada socketed numa veia longitudinal; setas pretas indicam as bolsas alternadas que não possuem escamas. (M) as escalas nas proximidades. (N) O campo de escalas aglutinados em uma região asa faltando veias e eyespots e um fascículo de oito, grandes escalas, destacados em (p), cada uma exibindo uma estrutura ondulada. Eyespot ocule na (o), a partir Kallihemerobius aciedentatus (JIU), mostra uma matriz regular de tomadas escala internervais, estruturalmente distintas das regiões pigmentadas de disco central, tendo escalas socketed em grandes veias. Veja material suplementar eletrônico, mesa de S2 para os dados da amostra; barras de escala: sólida, 10 mm; listrado, 1 mm; pontilhada, de 10 um

Microestrutura de três tipos asas dianteiras com manchas ocelares em kalligrammatidae e suas escamas cuticulares. (A) Kalligrammatidae e escama elipsoidal mantém uma base quebrada na secção transversal (setas de fundo) e três (setas em cima) ampliadas a partir superior direito (J). Este tipo recebe escamas planas distintas sobre as principais veias presentes em outros lugares na asa, descrito com uma sobreposição do desenho em (b), mostrando quatro nervuras longitudinais basal e oito terminais em Kalligramma sp. (JIU). Para efeito de comparação de (b), (c) e (d) é uma pata dianteira do moderno neuróptera Lomomyia squamosa (Berothidae). (E) Fotografia mostrando padrão de pigmentação, com a microscopia de epifluorescência revelando pigmentos (F), ocelo (G), cada ocelo em um compartimento cercado por veias pequenas e achatadas, e quatro-com nervuras mostrado em (H). (I) fotografia de escama de Kallihemerobius almacellus (JIU), mostrando sete ocelos esbranquiçados que cercam um disco pigmentado central, o limite mostra encaixes menores vazios em áreas internervais e alguns de maior escala (J). Fotografia de escamas em (K) a partir Oregramma illecebrosa (YIX), com disco central pigmentado em escura cercada por ocelos esbranquiçados e dois anéis exteriores escuros. (L) Detalhe de escamas curvadas, cada uma encaixada em uma veia longitudinal; setas pretas indicam as áreas alternadas que não possuem escamas. (M) escamas e proximidades. (N) O campo de escamas aglutinadas em uma região da asa eu esta faltando veias e manchas e um fascículo de oito, destacado em (P), cada uma exibindo uma estrutura ondulada. Manchas ocelares em (O), de Kallihemerobius aciedentatus (JIU), mostra uma matriz regular de encaixes de escama internervais, estruturalmente distintas das regiões pigmentadas de disco central. Clique para ampliar

Victor Rossetti

Palavras chave: NetNature, Rossetti, Neuroptera, Borboletas, Distal Less, Manchas Ocelares.

 

Referências

Carroll. S. B. Infinitas formas de grande beleza. Editora Jorge Zahar. 2006

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