Evolução em ilhas: um jogo de histórias paralelas

Quando Charles Darwin deu a volta ao mundo no navio Beagle, ilhas eram entrepostos essenciais para travessias oceânicas.  Várias das ilhas mais isoladas do mundo fizeram parte da sua rota: Canárias, Cabo Verde, Fernando de Noronha, Galápagos, Taiti, Nova Zelândia e muitas outras. Charles Darwin teve assim a rara oportunidade de explorar e comparar diferentes arquipélagos. Ele percebeu que as espécies que habitavam cada ilha, frequentemente, eram endêmicas, isto é, não estavam presentes em outros lugares. Notou também que elas se pareciam mais com as espécies presentes nas ilhas ou nos continentes próximos. Alguns anos mais tarde, Darwin chegou a conclusões que hoje são alicerces da biologia moderna: espécies migram, adaptam-se e originam novas espécies. As ilhas, mais do que qualquer outro lugar, mostravam estes processos em ação.

Migrar para uma ilha nem sempre é trivial. A colonização de ilhas isoladas é um evento raro e depende da capacidade de dispersão de cada espécie. Animais que não toleram água salgada, como anfíbios, por exemplo, raramente colonizam ilhas no mar (alguns sapos colonizaram ilhas das costas ocidental e oriental da África!). Répteis, por sua vez, quando ajudados por correntes marinhas e tempestades, são capazes de colonizar até as ilhas oceânicas mais remotas. Mas nem sempre é necessário migrar: ilhas podem ser criadas pela fragmentação de um ecossistema terrestre por variações no nível do mar ou por eventos tectônicos, como a separação entre Madagáscar e África, há mais de 100 milhões de anos.

A capacidade de colonização depende também das necessidades ecológicas de cada espécie. Não basta chegar, é necessário sobreviver e se reproduzir. Elefantes, por exemplo, apesar de excelentes nadadores, não podem colonizar ilhas muito pequenas, pois elas não comportariam uma população de elefantes.

A relação entre tamanho e demanda ecológica também faz com que, comumente, quando espécies colonizam ilhas, elas mudem de tamanho.  Por exemplo, os famosos dragões-de-Komodo, imensos lagartos que ocupam o topo da cadeia alimentar em algumas ilhas da Indonésia, e os jabutis gigantes do arquipélago de Galápagos (Figura 1).

Em resumo, a evolução de novas espécies em ilhas depende tanto de características da ilha (área, idade e isolamento), quanto de características das espécies (capacidade de dispersão e demandas ecológicas). É um jogo de azar, mas com regras estritas.

Estas regras, às vezes, criam situações interessantíssimas: em arquipélagos com ilhas semelhantes, espécies similares podem alcançar cada uma das ilhas e evoluir independentemente. Assim, as ilhas funcionam como laboratórios naturais nos quais podemos investigar como se desenrolam histórias evolutivas em paralelo.

O caso melhor estudado é o dos lagartos do gênero Anolis, formado por cerca de 400 espécies que habitam as regiões tropicais do continente americano (no norte do Brasil são conhecidos como calanguinhos). Anolis colonizaram a maioria das ilhas do Caribe, geralmente uma espécie por ilha. Mas, nas Grandes Antilhas (Cuba, Jamaica, Hispaniola e Porto Rico), eles radiaram em diversas espécies e ocuparam diferentes nichos ecológicos. Cada nicho é ocupado por espécies com morfologias parecidas, chamadas de morfotipos ecológicos. Os principais morfotipos são solo, tronco, galho e copa. Espécies que vivem nas copas das árvores, por exemplo, são verdes e esguias. Já as espécies que vivem em galhos são escuras, possuem patas curtas e cabeça alongada (Figura 2).

Pensava-se que cada um destes tipos ecológicos havia evoluído uma única vez e migrado para as outras ilhas. Surpreendentemente, a comparação do DNA das diferentes espécies mostrou que as espécies de uma mesma ilha são mais aparentadas entre si. O morfotipo tronco na Jamaica, por exemplo, não é parente próximo do morfotipo tronco em Cuba ou em Porto Rico, mas dos morfotipos solo e copa da Jamaica. Cada uma das especializações evoluiu independentemente em cada ilha, um caso maravilhoso de convergência evolutiva (Figura 3).

 

O processo de evolução de morfotipos e divisão de nichos pôde ser observado em ação após a introdução de acidental uma nova espécie de Anolis em algumas pequenas ilhas da Flórida, antes habitada por uma única espécie. A espécie invasora, mais robusta, passou a ocupar o solo da ilha, enquanto a espécie nativa se adaptou à vida arbórea.

Outro experimento involuntário foi realizado no Brasil, quando a construção da barragem Serra da Mesa, em Goiás, fragmentou uma área de cerrado em cerca de 300 ilhas. Os lagartos grandes desapareceram de muitas das ilhas pequenas, que não eram suficientes para suas demandas ecológicas, mas uma espécie de lagartixa (Gymnodactylus amarali), de apenas quatro centímetros, sobreviveu em algumas das ilhas (Figura 4). Gymnodactylus alimenta-se de pequenos cupins, mas, sozinha na ilha, passou a ter cupins maiores à sua disposição, antes consumidos por espécies maiores de lagartos. No entanto, estes cupins eram grandes demais para a boca de Gymnodactylus. Um estudo liderado por Mariana Amorim, da Universidade de Brasília, mostrou que em populações de cinco destas ilhas, bocas maiores evoluíram em Gymnodactylus, que passaram a comer cupins que antes eram grandes demais para o tamanho da sua boca.

 

Os mecanismos responsáveis por estes eventos de evolução rápida e convergente ainda não são bem compreendidos. Por um lado, alguns estudos indicam que eles podem ser iniciados por plasticidade fenotípica, isto é, por variações causadas pelas condições de desenvolvimento e crescimento. Por outro lado, um estudo recente encontrou variações no genoma associadas à adaptação ao frio em populações de Anolis que sobreviveram ao rigoroso inverno de 2013-2014, no Texas. Mas, independentemente dos mecanismos envolvidos, a frequente evolução de morfologias convergentes em ilhas mostra como a relação entre organismos e ambiente limita e direciona as mudanças evolutivas.

É comum as pessoas perguntarem que livro alguém levaria para uma ilha deserta. Eu levaria a A Origem das Espécies.

João F. Botelho (Yale University)

Para saber mais:

Eloy de Amorim M, Schoener TW, Santoro GRCC, Lins ACR, Piovia-Scott J, Brandão RA. Lizards on newly created islands independently and rapidly adapt in morphology and diet. Proc Natl Acad Sci U S A. 2017;114(33):8812-6.

Losos JB, Jackman TR, Larson A, Queiroz Kd, Rodrı́guez-Schettino L. Contingency and Determinism in Replicated Adaptive Radiations of Island Lizards. Science. 1998;279(5359):2115-8.

Losos JB, Creer DA, Glossip D, Goellner R, Hampton A, Roberts G, et al. Evolutionary Implications Of Phenotypic Plasticity In The Hindlimb Of The Lizard Anolis Sagrei. Evolution. 2000;54(1):301-5.

Stuart YE, Campbell TS, Hohenlohe PA, Reynolds RG, Revell LJ, Losos JB. Rapid evolution of a native species following invasion by a congener. Science. 2014;346(6208):463-6.

Foto de abertura: Anolis evermani, nativo da ilha de Porto de Rico, no Caribe.