A RAZÃO PELA QUAL ESSAS BORBOLETAS VENENOSAS NÃO SE ASSOCIAM ESTÁ ESCRITA EM SEU DNA.

A cor das asas e a preferência por parceiros parecem estar geneticamente ligadas, levando essas borboletas tropicais a escolher apenas parceiros que se parecem com elas.

Heliconius cydno chioneus (Chris Jiggins)

Cerca de uma década atrás, o biólogo evolucionista Richard Merrill passava várias horas por dia em um “Panamá quente e úmido”, sentado em uma gaiola cheia de borboletas Heliconius, esperando que fizessem sexo.

“Parece glamoroso, certo?” Ele ri.

Merrill estava acompanhando se as borboletas Heliconius híbridas masculinas flertariam – na forma de pairar ou perseguir – com borboletas de Heliconius melpomene rosina de asas vermelhas ou borboletas de Heliconius cydno chioneus de asas brancas. Ele documentou esse flerte de borboletas para estudar a preferência de parceiros híbridos, que ele e sua equipe mais tarde examinariam em um nível genético.

Na natureza, as borboletas híbridas Heliconius são raras. Heliconius melpomene e Heliconius cydno são altamente tóxicas, tendo evoluído para produzir o seu próprio cianeto, e os predadores aprenderam exatamente como são esses dois insetos tóxicos. Se as duas espécies se cruzam, no entanto, seu padrão de asa se torna uma mistura desorientadora de ambos os padrões de cores, fazendo das borboletas híbridas um alvo de destaque para a predação. Como resultado, as vidas dos híbridos geralmente acabam antes de poderem se reproduzir.

Em um artigo publicado ontem na revista PLOS Biology, Merrill e seus colegas confirmaram pela primeira vez que o comportamento preferencial de acasalamento nessas borboletas é realmente escrito em seu DNA. Especificamente, sua equipe encontrou apenas três partes do genoma que controlam pelo menos 60% do comportamento de escolha do parceiro.

“Isso ilustra que um comportamento complexo, como a preferência do parceiro, pode estar associado a apenas três regiões do genoma”, diz Erica Westerman, uma bióloga evolucionária da Universidade de Arkansas, que não esteve envolvida no estudo. “Isso é algo que se pensa estar associado a muitas áreas do genoma. Isso nos permitirá ter uma abordagem direcionada para ver como esses genes influenciam o comportamento dessas borboletas”.

Aqui as duas espécies – Heliconius cydno, à esquerda, e Heliconius melpomene, à direita – cortam em um insetário. É muito incomum na natureza, mas os cientistas podem induzi-los a fazê-lo em cativeiro. (Luca Livraghi)

Exatamente como essas duas borboletas Heliconius permanecem separadas, ainda é um mistério. A especiação, ou o processo de criação de uma nova espécie, é facilmente explicada quando existem limites geográficos, como montanhas, para dividir fisicamente uma única espécie em duas populações. O que intriga os cientistas é que H. melpomene e H. cydno tenham vivido lado a lado nos mesmos ecossistemas, competindo pelos mesmos recursos, por mais de um milhão de anos. No entanto, as borboletas coloridas e venenosas permanecem como duas espécies separadas, recusando-se a acasalar e mesclar suas características genéticas.

É uma demonstração perfeita de um conceito biológico chamado isolamento reprodutivo, que fez com que Heliconius fosse o principal alvo de estudos evolutivos por mais de 100 anos. Os cientistas supõem que o isolamento reprodutivo é mantido, em alguns casos, por meio de um poderoso acasalamento seletivo, o que significa que um organismo só se reproduzirá com um parceiro que se pareça com eles. Portanto, a barreira que os divide não é ambiental, mas genética.

Merrill, que agora está baseado na Universidade Ludwig Maximilian de Munique, e seus colegas usaram um método que mostra quais áreas do genoma têm o maior efeito sobre o comportamento de acasalamento, mas elas não identificaram os genes exatos. Mesmo assim, sua análise foi clara o suficiente para mostrar que uma das três regiões que influenciam a preferência de acasalamento é próxima de um gene chamado optix, que é conhecido por controlar os padrões de asas vermelhas vibrantes em H. melpomene. (A Optix tem uma influência tão forte na cor que aliga e desliga usando a ferramenta de edição de genes CRISPR pode fazer com que as asas de uma borboleta fiquem totalmente incolores.) De fato, essa região genética é de apenas 1,2 centiMorgans – que são unidades usadas para medir a distância entre genes em um cromossomo – longe do gene optix.

O fato de que as cadeias genéticas que controlam a preferência do parceiro estão tão próximas do optix, o gene que cria os padrões das asas, bem como outras indicações visuais, tem implicações empolgantes para os pesquisadores que estudam a evolução de comportamentos como a preferência pelo acasalamento.

Uma borboleta Heliconius melpomene rosina descansa em uma flor. (Richard Merrill).

“[Este estudo] fornece muitos insights sobre como a preferência e a preferência estão ligadas fisicamente”, diz a bióloga evolutiva Susan Finkbeiner, da Universidade de Chicago, que não esteve envolvida no estudo. A pesquisa apoia a ideia de que “o padrão de cores e a preferência de cores anteriores estão associados uns aos outros”.

Se o comportamento de acasalamento e a característica preferida são de fato fisicamente emaranhados em um único cromossomo, então ambos seriam passados ​​para a próxima geração com facilidade, mantendo uma espécie de barreira genética entre as duas espécies. “Podemos ter evolução de novas espécies sem evocar barreiras físicas, como mares ou montanhas”, diz Merrill.

Um segundo estudo mostrou que, embora a sobrevivência híbrida seja rara, já aconteceu o suficiente nos últimos milhões de anos para que essas duas borboletas compartilhem dez vezes mais material genético do que humanos e neandertais. Até mesmo alguns eventos de cruzamentos, ao que parece, podem ter um forte efeito sobre a genética.

A pesquisa, liderada pelo biólogo evolucionista Simon Martin, da Universidade de Cambridge, usou sequenciamento do genoma inteiro de nove populações de Heliconius para identificar áreas do DNA das borboletas onde a hibridação e a seleção natural influenciaram a genética dos organismos ao longo do tempo. O fato de as espécies permanecerem tão visualmente distintas, apesar dos genomas altamente similares, reafirma as forças evolutivas na formação da árvore da vida.

“Não há apenas um caminho evolutivo”, diz Martin. “É uma rede ou uma web. Mas meu estudo mostra que é previsível. Há um belo padrão previsível nesta complexa teia da vida”.

Em última análise, os resultados de Martin, também publicados na PLOS Biology, reforçam as descobertas de Merrill, mostrando que as duas espécies permanecem separadas devido às fortes barreiras genéticas dentro de seu DNA que surgiram através da seleção natural – barreiras como a conexão entre optix e preferência reprodutiva. Esse vínculo entre a cor das asas e a preferência do parceiro não pode ser perdido nem mesmo nas borboletas híbridas porque os dois traços genéticos estão tão intimamente ligados – possivelmente até impulsionados pelos mesmos genes. Tais barreiras genéticas tornam a especiação previsível, apesar da evidência de eventos históricos de hibridização.

“Há previsibilidade por causa da seleção natural”, diz Martin. “Não é apenas na criação de espécies, mas também na determinação de quais genes são transmitidos e quais não elevam o papel da seleção natural na evolução”.

Como próximo passo, o Merrill espera encontrar os genes precisos subjacentes a esse comportamento de preferência de cor da asa. Ele está ponderando a possibilidade de usar aprendizado de máquina e câmeras de vídeo para permitir que a equipe colete mais dados da próxima vez.

“Estamos tentando desenvolver métodos para automatizar esse processo”, diz Merrill. Uma vez que a equipe tenha genes específicos para atingir, eles podem usar o CRISPR para realizar estudos de nocaute e observar como as borboletas se comportam sem os genes que se acredita controlarem seu comportamento.

Sem os genes que controlam a escolha seletiva de cor das asas das borboletas Heliconius, as duas espécies separadas podem estar mais inclinadas a acasalar uma com a outra. Para descobrir com certeza, porém, Merrill pode ter que voltar para a gaiola de borboleta no Smithsonian Tropical Research Institute e sentar e esperar para ver se ele pode pegar qualquer ação de inseto interespécies. Embora ele não se importasse.

“Não há outro lugar no mundo que você poderia ter feito este estudo”, diz ele.

Fonte: Smithsonian Magazine

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