A evolução de uma mosca vegetariana

Sabe aquela mosquinha minúscula que pousa na fruteira quando as frutas estão maduras? Ela não está lá para comer as frutas, mas sim para que suas larvas possam comer as leveduras e outros microrganismos que crescerão quando a fruta estiver podre. Como a maioria das moscas, ela não se alimenta de vegetais. Digo maioria, pois algumas espécies da mesma família tornaram-se herbívoras. Como?

A mosquinha que ronda nossas fruteiras é chamada de mosca-do-vinagre (Drosophila melanogaster), em referência à sua atração pelo cheiro de vinagre produzido pela fermentação das frutas. Não a subestime: ela é um dos organismos mais estudados da biologia. No início do século XX, ela foi usada por cientistas como modelo para estabelecer as bases da genética clássica. Desde então, aproveitando o conhecimento acumulado sobre sua genética, ela também foi adotada como organismo modelo em muitas outras áreas da biologia. Um exemplo: o Prêmio Nobel de Medicina 2017 foi dado para cientistas que modelaram mecanismos moleculares do ciclo circadiano em Drosophila.

O conhecimento sobre a genética das moscas-do-vinagre também impulsionou a teoria evolutiva moderna, especialmente quando cientistas passaram a estudar populações naturais de outras espécies da família Drosophilidae. Recentemente, um grupo de pesquisadores liderados por Noah Whiteman teve a excelente ideia de comparar o genoma de uma Drosophilidae herbívora ao genoma de outras moscas-do-vinagre. Scaptomyza flava não se alimenta de microrganismos fermentadores de frutas, mas das folhas de plantas da família da mostarda, repolho e couve (Brassiliaceae). Ela é nativa da Europa e Ásia, e considerada uma praga agrícola em alguns países (Figura 1).

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Figura 1: Filogenia de Drosophilidae mostrando a evolução da dieta herbívora no sub-gênero Scaptomyza.

A comparação genômica mostrou que a característica mais marcante do genoma de S. flava é a perda de genes que codificam receptores para odores produzido pelo metabolismo das leveduras. Os autores mostraram que S. flava não responde ao odor de leveduras, como Drosophila melanogaster o faz cada vez que esquecemos uma banana na fruteira.

Além de diferenças comportamentais na busca por alimentos, também evoluiu em S. flava a capacidade de detoxificar o óleo de mostarda, uma defesa produzida por plantas da família Brassiliaceae. Mas esta diferença não dependeu de uma grande mudança no seu genoma. As análises mostraram que S. flava simplemente usa de maneira mais eficiente uma via metabólica que já estava presente em seus ancestrais. De fato, outras espécies do gênero Scaptomyza que se alimentam de microrganismos que crescem na vegetação em decomposição (não em frutas fermentadas) podem ser criadas em laboratório alimentadas com folhas de Brassicaceae. Um estudo publicado por O´Connor e colaboradores mostrou que o sistema digestivo de larvas de Scaptomyza é colonizado por bactérias presentes nas folhas de seus hospedeiros. Algumas destas bactérias produzem enzimas que degradam as toxinas secretadas pelas folhas ao serem mordidas. Os autores sugerem que a aquisição de novos microrganismos simbiontes foi importante para a adaptação inicial de S. flava a uma dieta vegetal. De fato, moscas tratadas com antibióticos que eliminam essas bactérias comem e se reproduzem menos.

Nenhum outro lugar possui maior diversidade de moscas-do-vinagre do que o arquipélago do Havaí, onde cerca de 500 espécies de Drosophilidae, um terço das espécies conhecidas no mundo inteiro, exploram recursos ecológicos geralmente usados por outros grupos de insetos no continente. Estudos filogenéticos e biogeográficos indicam que o gênero Scaptomyza, com mais de 250 espécies, evoluiu no Havaí e posteriormente conquistou o continente. Transições para uma dieta herbívora em insetos são relativamente raras, mas quando acontecem geralmente resultam em uma explosão de diversidade. O caso das moscas do gênero Scaptomyza aponta como seleção, plasticidade e simbioses podem interagir para abrir as portas de uma radiação adaptativa.

João Francisco Botelho (Yale University)

Para saber mais:

Goldman-Huertas, B., Mitchell, R. F., Lapoint, R. T., Faucher, C. P., Hildebrand, J. G., & Whiteman, N. K. (2015). Evolution of herbivory in Drosophilidae linked to loss of behaviors, antennal responses, odorant receptors, and ancestral dietProceedings of the National Academy of Sciences112(10), 3026-3031.

Katoh, T., Izumitani, H. F., Yamashita, S., & Watada, M. (2017). Multiple origins of Hawaiian drosophilids: Phylogeography of Scaptomyza Hardy (Diptera: Drosophilidae)Entomological Science20(1), 33-44.

O’Connor, T. K., Humphrey, P. T., Lapoint, R. T., Whiteman, N. K., & O’Grady, P. M. (2014). Microbial interactions and the ecology and evolution of Hawaiian DrosophilidaeFrontiers in microbiology5.

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