Diversificação, biogeografia e conservação da biota neotropical: uma abordagem integrativa

A documentação das espécies representa o primeiro passo para uma melhor compreensão dos mecanismos responsáveis pela origem e diversificação da diversidade biológica (Donoghue et al. 2009). Cerca de 2 milhões de espécies já foram descritas, mas estima-se que a diversidade real atual varie entre 4-12 milhões (Agnarsson & Kuntner 2007). Do total de espécies já descritas, pouco ainda se sabe sobre a maior parte delas. Por exemplo, estima-se que menos de 1% das espécies atualmente conhecidas já foram caracterizadas morfologicamente e/ou já tiveram sua distribuição geográfica documentada de forma adequada (Crisci 2006), indicando a grande urgência de estudos da diversidade biológica (Donoghue et al. 2009), e a necessidade de conscientização sobre a sua importância (Secretariado da Convenção sobre Diversidade Biológica 2006). O presente estudo abrange vários grupos de organismos modelo, cujas características os tornam adequados para estudar de modo integrado a diversificação na região neotropical.

Esses grupos são brevemente descritos a seguir:

Plantas. A tribo Bignonieae (Bignoniaceae) inclui 21 gêneros monofiléticos e representa um dos grupos mais diversos e abundantes de plantas em florestas neotropicais (Olmstead et al. 2009). A grande variação morfológica e a alta importância ecológica do grupo (1/3 da biomassa de folhas de florestas tropicais) tornam a tribo Bignonieae um excelente modelo para estudos evolutivos e biogeográficos. Além disso, a sua taxonomia é relativamente bem resolvida (Lohmann 2003; no prelo; Lohmann & Ulloa 2006), e há informações iniciais sobre a sua história evolutiva (Lohmann 2006), distribuição geográfica (Lohmann no prelo), e padrões de variação morfológica e ecológica (Lohmann 2003). Isso torna possível realizar estudos com Bignonieae dentro de prazos razoáveis. Outro grupo que pode ser estudado dentro do mesmo contexto é a subtribo neotropical Galipeinae (tribo Galipeeae, Rutaceae), que inclui 39 gêneros com aproximadamente 240 espécies, a maioria de ocorrência no Brasil. Vários estudos sobre morfologia, biologia floral, sistemática e filogenia de Galipeinae foram realizados na USP (ex. Kallunki & Pirani 1998; Pirani 1999, 2004; Groppo et al. 2008; Pirani et al. 2010). A composição, variação morfológica e a distribuição espacial das espécies de clados bem sustentados de Galipeinae geraram hipóteses interessantes sobre a evolução e a biogeografia do grupo, e tais hipóteses ainda precisam ser testadas.

Aves. Na região neotropical, as aves apresentam alta diversidade de espécies; como exemplo, 1.700 das cerca de 10.000 espécies de aves descritas no globo ocorrem no Brasil (Sick 1997). Aves são ecologicamente importantes como polinizadores e dispersores de sementes e, portanto, prestam serviços importantes relacionados à manutenção de florestas e de mananciais. Por serem carismáticas, as aves também podem ser utilizadas como espécie-bandeira para conservar seus habitats e, como consequência, conservar outras espécies. Características como padrões de endemismo e correlação entre relações sistemáticas e biogeográficas, tornam as aves um grupo apropriado para estudos de biogeografia histórica. Além disso, os táxons de aves se distribuem nos diversos biomas neotropicais e sua taxonomia é relativamente bem resolvida. Estudos que descrevem tal diversidade e discutem processos biogeográficos (exemplos: Miyaki et al. 1998; Tavares et al. 2006; Ribas et al. 2007; Cabanne et al. 2008; Amaral et al. 2009) revelam que a história evolutiva dos biomas é muito complexa e que ainda está longe de ser revelada.

Abelhas. A região neotropical também apresenta alta diversidade de espécies de abelhas, sendo a mais rica em número de espécies (Michener 2007). Dentro da região neotropical, o Brasil é o país que compreende a maior parte dessa diversidade (Camargo & Pedro 1992). As abelhas são importantes polinizadores e são essenciais para a manutenção da biodiversidade silvestre e de ambientes agrícolas. No entanto, a partir da década de 1990 está sendo registrada a diminuição dos polinizadores devido a múltiplas causas relacionadas com mudanças globais (Buchmann e Nabhan 1996; Potts et al. 2010). Considerando que as abelhas são organismos haplodiplóides, e que a determinação do sexo depende da homozigose no loco csd (Beye et al. 2003) as situações de endogamia, como aquelas ocasionadas pela destruição de seu habitat, podem levar à grande produção de machos diplóides que são estéreis, levando à depressão do ninho e mesmo da população (Zayed & Packer 2005). Assim, estudos focando a genética de populações e modelagem de nichos ecológicos de abelhas se tornam prementes. Ainda, estudos empregando espécies que apresentam diferentes níveis de organização social e diferentes comportamentos, em especial, comportamentos de nidificação e de dispersão, nos darão um panorama de como esses fatores biológicos respondem às alterações ambientais ou a ambientes diferentes. Alguns estudos bem sucedidos com Meliponini já foram realizados (Brito & Arias 2010; Francisco & Arias 2010) ou estão em andamento. As abelhas também servem como um bom modelo para estudos biogeográficos de florestas, pois algumas espécies são altamente dependentes da mata e pode-se traçar sua história evolutiva por modelagem e estudos filogeográficos.

Comunidades microbianas. Microorganismos (no seu sentido amplo e diverso incluindo bactérias, algas, fungos, vírus e protozoários) são encontrados, sem exceção, em todos os ambientes conhecidos pelo homem. Além de sua importância reconhecida em vários aspectos da saúde humana e produção industrial, são essenciais para a manutenção do equilíbrio biótico seja numa escala micro-ecológica (i.e., a microbiota intestinal em associação com hospedeiro) ou em uma escala macro-ecológica no funcionamento de ecossistemas (i.e., o plâncton no ecossistema marinho). Novas abordagens e técnicas de biologia molecular permitem hoje o levantamento da diversidade microbiana a partir de amostras ambientais como solo, água e sedimentos (Edwards et al. 2006, Sogin et al. 2006, Turnbaugh et al. 2006, Thurber et al. 2009). Inicialmente, será analisada em uma escala piloto a microbiota associada a corais escleractíneos de ambientes marinhos. Este modelo é particularmente interessante devido à resposta da comunidade holobionte em condições de estresse. Em condições ideais há a predominância de relações mutualísticas e comensais. Entretanto, durante o estresse há a disrrupção destas relações e a microbiota passa de benigna à patogênica e oportunista (Thurber et al. 2009). Esta caracterização da diversidade, associada ao monitoramento dos parâmetros físico-químicos de ambientes, permitirá a investigação dos processos que geram e mantém a diversidade microbiana, assim como aqueles que resultam na redução de espécies. Isso também permitirá a criação de modelos e estimativas das taxas de redução da diversidade microbiana em diversos ecossistemas.

Moscas. Ainda no âmbito da diversificação e especiação, estudaremos outro grupo de organismos como um modelo para um estudo piloto envolvendo a análise de hábitos complexos em um contexto filogenético. A família Calliphoridae apresenta uma série de características que a tornam ideal para o estudo da evolução de um hábito complexo. Moscas desta família são caracterizadas por uma grande variedade de hábitos alimentares de suas larvas, que se alimentam desde tecidos vivos de hospedeiros vertebrados, invertebrados ou larvas da mesma espécie até detritos e material em decomposição (Zumpt 1965). No entanto, o que torna esta família extremamente interessante para estudos evolutivos é o aparecimento de parasitismo obrigatório em ocasiões independentes (pelo menos três) em sua filogenia (Stevens 2003). No cenário mais parcimonioso, o hábito generalista constitui o estado ancestral, e esta flexibilidade permitiu às moscas explorarem novos nichos de acordo com as novas oportunidades. Através da análise compreensiva dos dados, será possível elucidar modificações evolutivas entre as diferentes espécies, ajudando na identificação de genes que conferem a cada organismo suas características únicas. Isto será um grande passo no sentido de uma melhor compreensão da estrutura e função de genes e genomas, como processos moleculares estão envolvidos na adaptação a novos ambientes e formação de novas espécies.

Pesquisadores

  • Antonio M. Saraiva
  • Cristina Y. Miyaki
  • Edson Midorikawa
  • José R. Pirani
  • Liria M. Sato
  • Lucia Lohmann
  • Maria Cristina Arias
  • Ricardo L. de A. Rocha
  • Silvana Buzato
  • Tatiana T. Torres
  • Vera L. I. Fonseca