Identificação de espécies e interações biológicas: abordagens moleculares e morfológicas

Um dos principais entraves em se estimar a diversidade biológica e na interação entre os organismos reside na correta identificação das espécies. Esse trabalho tem sido exaustivamente realizado por taxonomistas, tanto vegetal como animal, no entanto, problemas com o estado de preservação das amostras, escassez de características morfológicas ou presentes em apenas um dos sexos ou em diferentes estágios do desenvolvimento, tornam muitas vezes esse trabalho infrutífero. Dessa forma trona-se difícil estabelecer uma única metodologia que seja eficiente para a identificação da imensa diversidade biológica existente.

Este sub-projeto tem por proposta a utilização de diferentes metodologias, de acordo com o grupo abordado, indo desde caracterização de caracteres morfológicos até o sequenciamento de regiões específicas do genoma mitocondrial animal (“DNA barcode”). A otimização dessa coleta de dados e a possibilidade de cruzar informações servirão de subsídios para a correta identificação de espécies, suas populações e ainda, possibilitarão o estudo da interação entre espécies, com foco na relação abelha/planta. Tecnologias e recursos computacionais (algoritmos, arquitetura de software, banco de dados, etc) serão pesquisados, especificados e desenvolvidos para, juntamente com as aplicações biológicas previstas no subprojeto, proporcionar um ambiente adequado para o armazenamento, busca, troca e análise de dados e também uma interface otimizada para apresentação ao usuário.

Segue uma breve descrição das abordagens e casos:

  1. “DNA barcode”. Os avanços científicos e tecnológicos, em especial na geração de sequências de DNA, apresentam uma nova perspectiva que aliada à taxonomia clássica poderá representar um grande avanço para o estudo da biodiversidade. A obtenção de sequências de uma região do genoma mitocondrial, a região do gene COI (subunidade I da citocromo oxidase), tem sido proposta como um código de barras molecular espécie-específico (“DNA barcodes”) (Hebert et al. 2003). Recentemente o CNPq lançou um edital específico para “DNA barcodes” como iniciativa de viabilizar um consórcio brasileiro na empreitada de obter essas sequências de uma vasta gama de organismo, incluindo plantas, fungos, vertebrados e invertebrados. Alguns pesquisadores, proponentes deste NAP BioComp, encontram-se também envolvidos com o projeto “DNA barcodes” do CNPq. O grande objetivo é a obtenção de um banco de dados que possa servir como um acervo de referência. Esse acervo além de facilitar a identificação molecular de novos espécimes, nos indicará os táxons problemáticos, que merecem ser estudados com maior cuidado, pois devem conter espécies crípticas. Essas informações podem auxiliar na estimativa da diversidade biológica, elucidando problemas como de sub ou super estimativa de espécies. A produção em larga escala de sequências demandará programas computacionais de alta capacidade, que nos permitam alinhar as sequências, medir sua confiabilidade, armazená-las em um banco de sequências e relacioná-las às demais informações biológicas que deverão abastecer também esse banco. Embora existam programas computacionais já consagrados nessa área, o desenvolvimento e gerenciamento do banco de dados nacional, nos abrirá a possibilidade de criar redes de integração entre os vários grupos de pesquisadores que atualmente participam desse consórcio. Dessa forma a criação de uma plataforma de rápida comunicação e atualização dos dados será de extrema importância.
  2. Morfometria geométrica de asas: Considerando as abelhas como um dos principais polinizadores de sistemas agrícolas e de nossa flora natural, e a grande diversidade de espécies presentes no Brasil (Michener 2007), a aplicação de mais ferramentas com o intuito da identificação das espécies é importante, em especial se for uma metodologia barata e de fácil acesso. Dessa forma espécies da apifauna local (estado de São Paulo) de interesse agrícola ou que prestem serviços de ecossistemas serão o foco. A morfometria geométrica permite o estudo das formas de estruturas biológicas e se baseia na identificação de marcos anatômicos que permitem descrever a geometria das diferenças e similaridades de uma estrutura (Pretorius 2005). Análises da morfometria geométrica de asas em abelhas têm sido empregadas com muito sucesso; variabilidade significativa não só inter específica, mas também ao longo da distribuição geográfica de espécies tem sido relatada (Aytekin et al. 2007, Francoy et al. 2006; Mendes et al. 2007; Francisco et al. 2008). Portanto esse instrumento auxilia na identificação de espécies e também no diagnóstico de complexos de espécies, sendo este fato de extrema relevância para a estimativa de nossa biodiversidade. Propostas de estudos que aliem os dados morfológicos com os moleculares resultam em conclusões mais robustas (Francisco et al. 2008, Domingues-Yamanada 2010, Gonçalves 2010), portanto essas duas análises serão combinadas em nossa proposta. Aliado a isso, uma importante parte deste trabalho consiste no desenvolvimento de uma ferramenta computacional automatizada que possibilite a identificação das espécies pelos padrões de venação das asas.
  3. Interação abelhas e plantas: A polinização realizada por animais contribui com a reprodução sexual de mais de 90% das espécies modernas de Angiospermas, estimadas em cerca de 250.000 (Kearns et al. 1998). Na agricultura, a polinização também é muito necessária (McGregor 1976). A polinização biótica melhora a qualidade ou quantidade de frutos e sementes de cerca de 70% das 1330 culturas tropicais (Roubik 1995) e 85% de 264 culturas agrícolas cultivadas na Europa (Williams 1994). Há muitos polinizadores, mas as abelhas estão entre os mais importantes para a agricultura, principalmente porque podem ser manejadas para esta finalidade, além de serem especializadas para muitos tipos de flores e haver muitas espécies (cerca de 20.000 espécies descritas) no mundo todo. No Brasil, o único polinizador disponível em grande número para a utilização como polinizador de cultura é a abelha Apis mellifera, uma espécie introduzida. O Brasil apresenta uma rica diversidade de espécies de abelhas, tanto sociais como solitárias. Algumas dessas espécies já se mostraram excelentes polinizadores de culturas (Freitas 1997; Castro 2002; Rego et al. 2006; Ribeiro et al. 2008; Oliveira & Schlindwein 2009), no entanto há muitas lacunas no conhecimento para que seja estabelecida uma base sustentável para o manejo e a utilização dessas espécies na agricultura. A identificação das plantas que mantém as abelhas é crucial para a elaboração de planos de manejo e conservação em áreas de vegetação nativa e áreas cultivadas, o que poderá minimizar os impactos gerados pelas ações antrópicas (Silva 2009). Mais do que simplesmente a elaboração de listas de espécies visitadas e/ou polinizadas, é necessário também analisar o valor protéico dos grãos de pólen das diversas espécies de plantas utilizadas na dieta das abelhas em uma escala espaço-temporal. Nesse contexto, a análise polínica é uma ferramenta importante para definir parâmetros quantitativos e qualitativos que possam auxiliar: na avaliação da amplitude do nicho alimentar das abelhas, na determinação dos padrões de escolha de espécies-chave e na compreensão das redes de interações que se estabelecem entre as espécies de abelhas e espécies de plantas em um determinado ecossistema (Silva 2009). A organização destes dados a partir de tais técnicas e parâmetros para análises de redes de interações pode ajudar a caracterizar algumas das propriedades dessas interações e suas consequências para ações de conservação não somente de abelhas, mas também de outros polinizadores.

Pesquisadores

  • André Riyuiti Hirakawa
  • Antonio Mauro Saraiva
  • Carlos Alberto Garófalo
  • Cristina Yumi Miyaki
  • João Eduardo Kogler Jr
  • Maria Cristina Arias
  • Tiago Maurício Francoy