Certafeita estava eu lendo um post (como sempre, muito bom) no Discutindo Ecologia, que falava sobre desventuras amorosas do peixe Poecilia reticulata. Achei interessante, e resolvi dar um pitaco sobre um artigo que eu li sobre outra espécie do mesmo gênero, P. mexicana (essa aí embaixo!), o qual, incrivelmente, também tinha "love is in the air". O Breno Alves (um dos guris que mantêm o blog) então me recomendou fazer um post sobre o artigo.
Então, aproveitando tamanha complexidade amorosa desses peixes, e os embalos do Valentine's Day que foi dia 14 de fevereiro, aqui vai ele!
Seleção divergente pode não levar somente à divergência de características morfológicas, por exemplo, mas também pode levar ao isolamento reprodutivo entre populações, culminando na especiação. O chamado "isolamento pós-zigótico" (problemas pós fertilização, como a inviabilidade do zigoto, por exemplo) entre populações alopátricas pode aparecer quando estas divergem geneticamente. Durante a especiação ecológica, entretanto, o isolamento pré-zigótico pode se manifestar quando imigrantes estrangeiros e de hábitas divergentes ecologicamente tentam "tirar uma lasquinha". Em palavras mais paupáveis, não rola a tal "química". Isto pode acontecer por seleção natural, se esses imigrantes tem uma viabilidade reduzida, ou por seleção sexual, se os indivíduos menos adaptados são discriminados durante a escolha de parceiro.
A equipe de M.Tobler resolveu investigar os potenciais mecanismos contribuindo para o isolamento reprodutivo no pequeno peixe Poecilia mexicana, ocorrendo ao longo de um gradiente de condições ambientais abióticas no sistema da Cueva del Azufre, próximo de Tapijulapa, no México. Nesse sistema, os pesquisadores trabalharam com peixes de três ambientes contínuos que não são separados por barreiras geográficas, mas que porém apresentam características diferentes. Para facilitar o entendimento, vamos dar nomes aos bois: Cueva del Azufre (propriamente dita) é a parte mais cavernosa, escura, e com altas quantidades de sulfureto; El Azufre é a porção superficial, porém contendo ainda sulfureto, e Arroyo Cristal e Arroyo Bonita, por fim, são áreas de águas superficiais sem sulfureto. Abaixo tem uma figura mostrando os três ambientes.
Como eu disse, os três ambientes ocorrem em uma ordem linear, e o fluxo de água corre da Cueva del Azufre, passando para o El Azufre, e por fim chegando aos Arroyos. Os pesquisadores focaram os experimentos nas duas potenciais áreas de contato entre peixes de áreas vizinhas. Fiz esse esqueminha representando isso que acabei de explicar.
Previamente, outros pesquisadores já haviam demonstrado que o fluxo gênico dentro de cada um dos hábitats é realmente alto, porém, essa taxa cai para virtualmente zero entre hábitats diferentes (mesmo que não haja qualquer barreira impedido a movimentação dos peixes entre as áreas). Tobler et al então queriam testar as potenciais seleções natural e sexual contra imigrantes. Para isso, eles utilizaram experimentos de escolha de parceiro para testar a preferência das fêmeas por machos residentes ou imigrantes, e experimentos de translocação recíproca para testar a viabilidade diferencial entre peixes imigrantes e residentes.
Mas vamos por partes...
Seleção sexual
Os peixes foram aclimatizados durante 24 horas em containeirs aerados, preenchidos com água do respectivo sítio de coleta, sendo machos e fêmeas mantidos separados. Já os testes foram conduzidos em 5 tanques idênticos, sendo que cada um foi dividido em três zonas: uma zona central neutra, e duas zonas de preferência, laterais. Os estímulos foram apresentados em dois tanques menores, posicionados em cada lado do tanque-teste. Assim, antes de cada experimento, os estímulos (=machos) eram posicionados nos tanques laterais, um macho em cada lado. Em seguida, uma fêmea era colocada no tanque-teste. Assim que ela se sentisse "em casa" e começasse a nadar livremente, o "julgamento" começava.
Esse julgamento foi assim: os pesquisadores mediram o tempo que a fêmea gastou em cada uma das zonas de preferência durante um período de observação de 5 minutos. Para impedir confusões, logo após o primeiro julgamento, os machos eram trocados de lado, e a análise era repetida. Assim, o teste de escolha consistiu de dois períodos de observação, perfazendo 10 minutos.
No total, quatro diferentes experimentos foram conduzidos, refletindo todas as possíveis migrações entre hábitats adjacentes:
(1) fêmeas da Cueva del Azufre x machos "conterrâneos" e machos de El Azufre
(2) fêmeas de El Azufre x machos "conterrâneos" e machos de Cueva del Azufre e (3) machos do Arroyo Bonita
(4) fêmeas do Arroyo Bonita x machos "conterrâneos" e machos de El Azufre.
Resultados
Os testes revelaram significativa preferência das fêmeas por machos conterrâneos em detrimento de machos de populações divergentes ecologicamente (ver esse gráfico abaixo). Apesar de sem diferença estatística significativa, as fêmeas do Arroyo Bonita mostraram qualitativamente uma preferência menor, se comparadas às fêmeas das outras populações.
Seleção natural
Foram realizados experimentos de translocação recíproca entre os hábitats El Azufre x Arroyo Crystal e El Azufre x Cueva del Azufre, usando baldes de 20 litros como compartimentos experimentais, sendo que em ambos os lados foram feitos furos fechados com uma malha, mantendo assim o fluxo de água com o ambiente. Em seguida, estes baldes foram posicionados diretamente em uma área rasa dos hábitats naturais considerados nos experimentos, equipando cada balde com 3,5cm do substrato natural.
Para os experimentos, 6 indivíduos de um dado local foram introduzidos em um balde experimental. Em metade dos baldes de cada hábitat foram colocados peixes residentes, e na outra metade peixes do outro tipo de hábitat. Importante salientar que, no caso das áreas com presença de gás sulfídrico, os baldes foram posicionados em locais com concentração relativamente mais baixa do composto químico, fora o fato de que esse tipo de experimento teoricamente deveria ser mantido por um tempo longo, para observar mudanças corporais a longo prazo (e os experimentos foram curtos).
Assim, mesmo peixes de hábitats não-tóxicos teoricamente iriam sobreviver por longos períodos nas áreas tóxicas. Entretanto, altos níveis de mortalidade forçaram os pesquisadores a usar sobrevivência após 24 horas como uma variável dependente. Todos os experimentos foram imediatamente terminados após este período, então os peixes foram medidos para compimento padrão (standad lenght SL), e os indivíduos sobreviventes foram soltos em seus locais de origem.
Resultados
Nas translocações de peixes entre ambientes superficiais com H2S e sem, houve uma correlação significativa, ou seja, os peixes que não eram autóctones sobreviveram menos.
Os indicadores de qualidade da água não foram diferentes entre os ambientes. Porém, os ambientes com H2S diferiram dos sem não só pela presença de H2S, mas também pela temperatura e condutividade elétrica mais elevadas, assim como pH e oxigênio dissolvido mais baixos.
Já translocações entre El Azufre e Cueva del Azufre não apresentaram mortalidade significativa dentro de 24 horas. Neste caso, os parâmetros da qualidade da água não diferiram entre os ambientes avaliados (ver gráfico abaixo).
Com esses experimentos, os pesquisadores concluíram que tanto a seleção natural quanto a sexual contribuiram para a divergência genética entre essas populações tão próximas.
Vale lembrar que estes peixes apresentam "belezas" bastante diversas: os peixes dos hábitats contendo gás sulfídrico são mais cabeçudos e apresentam brânquias maiores, e os de áreas cavernosas têm olhos menores e menos pigmentação, porém apresentam os sensos não-visuais mais acurados.
A baixa viabilidade dos peixes nas translocações não foi surpresa alguma, já que o gás sulfídrico é um composto tóxico letal para a maioria dos metazoários, por impedir a respiração celular. Assim, os peixes que vivem nas áreas ricas nesse gás evoluiram vias fisiológicas para detoxificar este composto, além de adaptações respiratórias (como as brânquias maiores), para mediar a tolerância. Adaptações respiratórias se tornam muito relevantes especialmente em sistemas como este do estudo, já que a presência de sulfureto é altamente relacionada com hipóxia, mas, ao mesmo tempo, oxigênio é requerido para a detoxificação fisiológica do sulfureto. Assim, os peixes dos hábitats sem esse composto provavelmente sucumbiriam nas translocações, como foi observado.
Entretanto, por que os peixes transferidos de áreas tóxicas para não-tóxicas também apresentaram baixa viabilidade? Essa pergunta foi mais difícil de responder. Certamente os peixes das áreas com sulfureto não necessitam deste composto para sobreviver e crescer. Porém, vale lembrar que os hábitats com ou sem o composto não diferiam somente neste ponto, mas também em outros aspectos da qualidade, como a temperatura e condutividade menores, assim como pH e concentração de oxigênio maiores. Mesmo assim, todos esses valores, apesar de diversos, ainda estão dentro do espectro que a espécie toleraria. Já foram documentadas outras espécies de Poecilia que toleram flutuações muito maiores nesses parãmetros de qualidade da água.
Os autores apresentaram então a hipótese de que a alta mortalidade de peixes de áreas tóxicas quando translocados para áreas não-tóxicas seria devido ao estresse oxidativo, talvez em combinação com a frequente baixa condição corporal e limitação de energia dos peixes destes ambientes sulfídricos.
Outra questão bem interessante, mas que permanece à procura de resposta, é se a aclimatização durante períodos prolongados de tempo iria permitir os migrantes a lidarem com as condições ambientais diferentes das de origem. Há ampla evidência de regulação transcricional de proteínas antioxidantes dependendo das concentrações de oxigênio no ambiente, e P. mexicana de hábitats sulfídricos parecem ser capazes de se ajustar a concentrações mais altas de oxigênio, como comprovaram alguns testes laboratoriais.
Em contraste a este cenário, pouco se sabe sobre as respostas de organismos a exposições repetitivas a sulfureto. A maioria dos organismos provavelmente são capazes de detoxificar H2S até um certo ponto, já que sulfureto está presente na atmosfera em concentrações muito baixas, e também é produzido endogenamente por células eucarióticas como produto da catalização da cisteína. Não obstante, apenas alguns organismos são capazes de resistir a uma exposição continuada a altas concentrações de H2S. Consequentemente, a força da seleção, principalmente contra peixes de movendo de hábitats com sulfureto para hábitats sem, mas também no sentido contrário, deve ser menor que aquela observada nos experimentos de translocação.
Claro que, para comprovar tudo isso, ainda falta bastante estudo, experimentos e testes. É aguardar pra ver.
De uma forma geral, os pesquisadores encontraram baixas taxas de fluxo gênico entre El Azufre e Cueva del Azufre, mas nenhum entre El Azufre e Arroyo Bonita, o que é congruente com os resultados dos experimentos de seleção natural via translocação. Em contraste, a seleção sexual provavelmente tem um papel comparativamente menor na mediação do isolamento reprodutivo, já que acasalamentos entre peixes de diferentes populações podem ocorrer, a despeito da preferência de acasalamento.
Em conclusão, há muitas evidências de que a seleção contra imigrantes contribui substancialmente para o isolamento reprodutivo entre populações adjacentes vivendo em diferentes tipos de hábitats. Particularmente, a viabilidade reduzida de imigrantes - tanto por seleção por fator ambiental abiótico (H2S), ou por uma combinação de fatores abióticos e bióticos (luz e predadores em ambientes cavernosos x ambientes superficiais) parecem contribuir para manter a diferenciação genética em escalas espaciais pequenas.
É amigos... quem disse que o amor é simples?
Não basta a tal química. Sobrevivência é fundamental.
Referências bibliográficas:
- Tobler M, Riesch R, Tobler CM, Schulz-Mirbach T, & Plath M (2009). Natural and sexual selection against immigrants maintains differentiation among micro-allopatric populations. Journal of evolutionary biology, 22 (11), 2298-304 PMID: 19807829
Seleção divergente pode não levar somente à divergência de características morfológicas, por exemplo, mas também pode levar ao isolamento reprodutivo entre populações, culminando na especiação. O chamado "isolamento pós-zigótico" (problemas pós fertilização, como a inviabilidade do zigoto, por exemplo) entre populações alopátricas pode aparecer quando estas divergem geneticamente. Durante a especiação ecológica, entretanto, o isolamento pré-zigótico pode se manifestar quando imigrantes estrangeiros e de hábitas divergentes ecologicamente tentam "tirar uma lasquinha". Em palavras mais paupáveis, não rola a tal "química". Isto pode acontecer por seleção natural, se esses imigrantes tem uma viabilidade reduzida, ou por seleção sexual, se os indivíduos menos adaptados são discriminados durante a escolha de parceiro.
A equipe de M.Tobler resolveu investigar os potenciais mecanismos contribuindo para o isolamento reprodutivo no pequeno peixe Poecilia mexicana, ocorrendo ao longo de um gradiente de condições ambientais abióticas no sistema da Cueva del Azufre, próximo de Tapijulapa, no México. Nesse sistema, os pesquisadores trabalharam com peixes de três ambientes contínuos que não são separados por barreiras geográficas, mas que porém apresentam características diferentes. Para facilitar o entendimento, vamos dar nomes aos bois: Cueva del Azufre (propriamente dita) é a parte mais cavernosa, escura, e com altas quantidades de sulfureto; El Azufre é a porção superficial, porém contendo ainda sulfureto, e Arroyo Cristal e Arroyo Bonita, por fim, são áreas de águas superficiais sem sulfureto. Abaixo tem uma figura mostrando os três ambientes.
Como eu disse, os três ambientes ocorrem em uma ordem linear, e o fluxo de água corre da Cueva del Azufre, passando para o El Azufre, e por fim chegando aos Arroyos. Os pesquisadores focaram os experimentos nas duas potenciais áreas de contato entre peixes de áreas vizinhas. Fiz esse esqueminha representando isso que acabei de explicar.
Previamente, outros pesquisadores já haviam demonstrado que o fluxo gênico dentro de cada um dos hábitats é realmente alto, porém, essa taxa cai para virtualmente zero entre hábitats diferentes (mesmo que não haja qualquer barreira impedido a movimentação dos peixes entre as áreas). Tobler et al então queriam testar as potenciais seleções natural e sexual contra imigrantes. Para isso, eles utilizaram experimentos de escolha de parceiro para testar a preferência das fêmeas por machos residentes ou imigrantes, e experimentos de translocação recíproca para testar a viabilidade diferencial entre peixes imigrantes e residentes.Mas vamos por partes...
Seleção sexual
Os peixes foram aclimatizados durante 24 horas em containeirs aerados, preenchidos com água do respectivo sítio de coleta, sendo machos e fêmeas mantidos separados. Já os testes foram conduzidos em 5 tanques idênticos, sendo que cada um foi dividido em três zonas: uma zona central neutra, e duas zonas de preferência, laterais. Os estímulos foram apresentados em dois tanques menores, posicionados em cada lado do tanque-teste. Assim, antes de cada experimento, os estímulos (=machos) eram posicionados nos tanques laterais, um macho em cada lado. Em seguida, uma fêmea era colocada no tanque-teste. Assim que ela se sentisse "em casa" e começasse a nadar livremente, o "julgamento" começava.
Esse julgamento foi assim: os pesquisadores mediram o tempo que a fêmea gastou em cada uma das zonas de preferência durante um período de observação de 5 minutos. Para impedir confusões, logo após o primeiro julgamento, os machos eram trocados de lado, e a análise era repetida. Assim, o teste de escolha consistiu de dois períodos de observação, perfazendo 10 minutos.
No total, quatro diferentes experimentos foram conduzidos, refletindo todas as possíveis migrações entre hábitats adjacentes:
(1) fêmeas da Cueva del Azufre x machos "conterrâneos" e machos de El Azufre
(2) fêmeas de El Azufre x machos "conterrâneos" e machos de Cueva del Azufre e (3) machos do Arroyo Bonita
(4) fêmeas do Arroyo Bonita x machos "conterrâneos" e machos de El Azufre.
Resultados
Os testes revelaram significativa preferência das fêmeas por machos conterrâneos em detrimento de machos de populações divergentes ecologicamente (ver esse gráfico abaixo). Apesar de sem diferença estatística significativa, as fêmeas do Arroyo Bonita mostraram qualitativamente uma preferência menor, se comparadas às fêmeas das outras populações.
Seleção naturalForam realizados experimentos de translocação recíproca entre os hábitats El Azufre x Arroyo Crystal e El Azufre x Cueva del Azufre, usando baldes de 20 litros como compartimentos experimentais, sendo que em ambos os lados foram feitos furos fechados com uma malha, mantendo assim o fluxo de água com o ambiente. Em seguida, estes baldes foram posicionados diretamente em uma área rasa dos hábitats naturais considerados nos experimentos, equipando cada balde com 3,5cm do substrato natural.
Para os experimentos, 6 indivíduos de um dado local foram introduzidos em um balde experimental. Em metade dos baldes de cada hábitat foram colocados peixes residentes, e na outra metade peixes do outro tipo de hábitat. Importante salientar que, no caso das áreas com presença de gás sulfídrico, os baldes foram posicionados em locais com concentração relativamente mais baixa do composto químico, fora o fato de que esse tipo de experimento teoricamente deveria ser mantido por um tempo longo, para observar mudanças corporais a longo prazo (e os experimentos foram curtos).
Assim, mesmo peixes de hábitats não-tóxicos teoricamente iriam sobreviver por longos períodos nas áreas tóxicas. Entretanto, altos níveis de mortalidade forçaram os pesquisadores a usar sobrevivência após 24 horas como uma variável dependente. Todos os experimentos foram imediatamente terminados após este período, então os peixes foram medidos para compimento padrão (standad lenght SL), e os indivíduos sobreviventes foram soltos em seus locais de origem.
Resultados
Nas translocações de peixes entre ambientes superficiais com H2S e sem, houve uma correlação significativa, ou seja, os peixes que não eram autóctones sobreviveram menos.
Os indicadores de qualidade da água não foram diferentes entre os ambientes. Porém, os ambientes com H2S diferiram dos sem não só pela presença de H2S, mas também pela temperatura e condutividade elétrica mais elevadas, assim como pH e oxigênio dissolvido mais baixos.
Já translocações entre El Azufre e Cueva del Azufre não apresentaram mortalidade significativa dentro de 24 horas. Neste caso, os parâmetros da qualidade da água não diferiram entre os ambientes avaliados (ver gráfico abaixo).
Com esses experimentos, os pesquisadores concluíram que tanto a seleção natural quanto a sexual contribuiram para a divergência genética entre essas populações tão próximas.Vale lembrar que estes peixes apresentam "belezas" bastante diversas: os peixes dos hábitats contendo gás sulfídrico são mais cabeçudos e apresentam brânquias maiores, e os de áreas cavernosas têm olhos menores e menos pigmentação, porém apresentam os sensos não-visuais mais acurados.
A baixa viabilidade dos peixes nas translocações não foi surpresa alguma, já que o gás sulfídrico é um composto tóxico letal para a maioria dos metazoários, por impedir a respiração celular. Assim, os peixes que vivem nas áreas ricas nesse gás evoluiram vias fisiológicas para detoxificar este composto, além de adaptações respiratórias (como as brânquias maiores), para mediar a tolerância. Adaptações respiratórias se tornam muito relevantes especialmente em sistemas como este do estudo, já que a presência de sulfureto é altamente relacionada com hipóxia, mas, ao mesmo tempo, oxigênio é requerido para a detoxificação fisiológica do sulfureto. Assim, os peixes dos hábitats sem esse composto provavelmente sucumbiriam nas translocações, como foi observado.
Entretanto, por que os peixes transferidos de áreas tóxicas para não-tóxicas também apresentaram baixa viabilidade? Essa pergunta foi mais difícil de responder. Certamente os peixes das áreas com sulfureto não necessitam deste composto para sobreviver e crescer. Porém, vale lembrar que os hábitats com ou sem o composto não diferiam somente neste ponto, mas também em outros aspectos da qualidade, como a temperatura e condutividade menores, assim como pH e concentração de oxigênio maiores. Mesmo assim, todos esses valores, apesar de diversos, ainda estão dentro do espectro que a espécie toleraria. Já foram documentadas outras espécies de Poecilia que toleram flutuações muito maiores nesses parãmetros de qualidade da água.
Os autores apresentaram então a hipótese de que a alta mortalidade de peixes de áreas tóxicas quando translocados para áreas não-tóxicas seria devido ao estresse oxidativo, talvez em combinação com a frequente baixa condição corporal e limitação de energia dos peixes destes ambientes sulfídricos.
Outra questão bem interessante, mas que permanece à procura de resposta, é se a aclimatização durante períodos prolongados de tempo iria permitir os migrantes a lidarem com as condições ambientais diferentes das de origem. Há ampla evidência de regulação transcricional de proteínas antioxidantes dependendo das concentrações de oxigênio no ambiente, e P. mexicana de hábitats sulfídricos parecem ser capazes de se ajustar a concentrações mais altas de oxigênio, como comprovaram alguns testes laboratoriais.
Em contraste a este cenário, pouco se sabe sobre as respostas de organismos a exposições repetitivas a sulfureto. A maioria dos organismos provavelmente são capazes de detoxificar H2S até um certo ponto, já que sulfureto está presente na atmosfera em concentrações muito baixas, e também é produzido endogenamente por células eucarióticas como produto da catalização da cisteína. Não obstante, apenas alguns organismos são capazes de resistir a uma exposição continuada a altas concentrações de H2S. Consequentemente, a força da seleção, principalmente contra peixes de movendo de hábitats com sulfureto para hábitats sem, mas também no sentido contrário, deve ser menor que aquela observada nos experimentos de translocação.
Claro que, para comprovar tudo isso, ainda falta bastante estudo, experimentos e testes. É aguardar pra ver.
De uma forma geral, os pesquisadores encontraram baixas taxas de fluxo gênico entre El Azufre e Cueva del Azufre, mas nenhum entre El Azufre e Arroyo Bonita, o que é congruente com os resultados dos experimentos de seleção natural via translocação. Em contraste, a seleção sexual provavelmente tem um papel comparativamente menor na mediação do isolamento reprodutivo, já que acasalamentos entre peixes de diferentes populações podem ocorrer, a despeito da preferência de acasalamento.
Em conclusão, há muitas evidências de que a seleção contra imigrantes contribui substancialmente para o isolamento reprodutivo entre populações adjacentes vivendo em diferentes tipos de hábitats. Particularmente, a viabilidade reduzida de imigrantes - tanto por seleção por fator ambiental abiótico (H2S), ou por uma combinação de fatores abióticos e bióticos (luz e predadores em ambientes cavernosos x ambientes superficiais) parecem contribuir para manter a diferenciação genética em escalas espaciais pequenas.
É amigos... quem disse que o amor é simples?
Não basta a tal química. Sobrevivência é fundamental.
Referências bibliográficas:
Muito bom!
ResponderExcluirA Natália não sabe brincar ;)
ResponderExcluirgigantoso post e excelente...
Muito bom Natália. Muito bem explicado o seu post. Gostei do "guri" rs.
ResponderExcluirAbraços
Fernanda, Felipe e Breno,
ResponderExcluirMuito obrigada pelos comentários!
Felipe, tu bem sabe do meu problema de escrever pouco, rsrsrsrs, e Breno, veja bem, não faço nem ideia da tua idade, mas "guri" sempre cai bem, né? rsrsrs
Abraços a todos!
Belo post, como de costume. A blogosfera científica agradece!
ResponderExcluir:)