Nunca estamos realmente sozinhos

Em levantamentos sobre a biodiversidade, muitas regiões geográficas acabam sem uma boa amostragem das espécies que nelas vivem. As remotas ou com um número muito grande de espécies entram nessa lista. Outro local com uma diversidade ainda pouco descrita é, surpreendentemente, a nossa própria casa. Pesquisas recentes se concentraram na caracterização de comunidades bacterianas em ambientes fechados. Dentro de uma casa, cozinhas e banheiros geralmente têm comunidades microbianas distintas uns dos outros. Além disso, a composição de microorganismos em uma determinada casa (ou num cômodo específico dentro da casa) pode ser influenciada por quem a utiliza, e pela presença de animais de estimação. Esses ambientes criados por nós oferecem novos habitats não só para microorganismos como bactérias, archaea e fungos, mas também para artrópodes. Cientistas da Universidade Estadual da Carolina do Norte (NC State), em Raleigh, nos Estados Unidos, observando suas próprias casas, perceberam que os lares poderiam abrigar uma ampla diversidade de vida além dos habitantes humanos, plantas e animais de estimação. Eles então investigaram 50 casas na cidade de Raleigh em busca desses moradores e encontraram mais de mil espécies nas residências, incluindo inúmeras espécies de aranhas, formigas, besouros, ácaros, moscas e mosquitos (Figura 1). Dentre os artrópodes mais comuns estavam: besouros, aranhas, sciarídeos, formigas e cecidomiídeos (Figura 2). Em uma única residência, foram encontradas mais de duzentas espécies! Continue Lendo “Nunca estamos realmente sozinhos”

Selecionados por um furacão

Cientistas americanos e europeus tinham finalizado um estudo na população de um pequeno lagarto nas Ilhas Turcas e Caicos, no Caribe, quando os furações Irma e Maria devastaram a região, em 2017.

Eles voltaram ao arquipélago três semanas depois da passagem do segundo furação para coletar novos dados sobre a morfologia dos lagartos sobreviventes. A tragédia tinha trazido a rara oportunidade de analisar o efeito de furacões em uma população natural.

A espécie estudada se chama Anolis scriptus e vive em ramos e troncos de árvores. Comparando os dados obtidos antes e depois da passagem dos furacões, eles encontraram que os lagartos que resistiram à catástrofe eram menores, tinham braços mais longos, pernas mais curtas e lamelas adesivas maiores nas mãos e nos pés.

Os cientistas interpretaram que as novas características resultaram de seleção natural para resistir a ventos fortes. Como discutimos em uma postagem anterior, variações nas pernas e braços dos lagartos se correlacionam com a capacidade de se agarrar a troncos e galhos.

Para corroborar esta interpretação, eles filmaram lagartos agarrados a um bastão em frente a um soprador de folhas secas. O resultado vocês podem apreciar no vídeo abaixo:

 

 

João Francisco Botelho (Yale University)

Para saber mais:

Donihue CM, Herrel A, Fabre A-C, Kamath A, Geneva AJ, Schoener TW, et al. Hurricane-induced selection on the morphology of an island lizard. Nature. 2018.

Um mar de micróbios

Quando pensamos nas palavras “mar” e “micróbios” juntas, geralmente nos vem a imagem de uma praia poluída e imprópria para banho, certo? Mas esses seres  tão abundantes tem papeis muito importantes nos ambientes marinhos além de apenas causarem doenças nos animais marinhos e em nós. Os microrganismos marinhos, ou, como se costuma chamar na ciência, a microbiota marinha, desempenham papeis centrais nas cadeias alimentares, assim como nos ciclos biogeoquímicos, como, por exemplo, os ciclos do carbono e nitrogênio. No post de hoje trago alguns exemplos sobre o papel dos microrganismos no funcionamento e resiliência dos ambientes marinhos, mais especificamente, nos recifes de corais.

Esses recifes são formados e mantidos através da deposição de carbonato de cálcio, principalmente nos esqueletos dos corais. Os tecidos translúcidos dos corais são habitados por “algas” unicelulares conhecidas como zooxantelas (que são hoje classificadas como dinoflagelados do gênero Symbiodinium) que dão cor aos seus hospedeiros. Essas algas são responsáveis por grande parte do suprimento energético dos corais, através de sua atividade fotossintética, liberando açúcares nos tecidos dos corais, que são sua principal fonte de carbono. Além dessas algas, os corais vivem em simbiose estreita com bactérias que são responsáveis, dentre outras coisas, por fixar nitrogênio para os corais.

Mas nem tudo é um mar de rosas para os corais. Quando expostos a fatores estressantes, como, por exemplo, o aumento da temperatura da água do mar, essa relação simbiótica é rompida, e os corais perdem seus parceiros, ficando brancos. Este fenômeno é conhecido como branqueamento de corais e pode ter diversas causas, a exemplo da infecção por bactérias do gênero Vibrio, do mesmo gênero das que causam a cólera nos seres humanos.

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Figura 1: Coral endêmico do Brasil, Mussismilia hartii, apresentando sinais de branqueamento (Foto: Pedro Meirelles, Abrolhos/BA)

O mais interessante é que, com o avanço na compreensão sobre a abundância e diversidade dos microrganismos presentes nos recifes, principalmente através de abordagens metagenômicas (ver este post para mais detalhes sobre essas abordagens), temos compreendido como a atividade humana local está relacionada com as doenças e a saúde dos corais. A retirada de peixes e o aporte de nutrientes (poluição por esgoto, por exemplo) influenciam diretamente o crescimento de algas, que competem por espaço com os corais, além de alimentar uma microbiota de crescimento rápido e heterotrófico, que sufoca os corais, e estimular o crescimento de microrganismos patogênicos. Esse ciclo vicioso foi observado no oceano Pacífico e aqui em Abrolhos e na Cadeia Vitória-Trindade. O contrário também é verdadeiro, em recifes saudáveis, com populações de peixes abundantes e com alta cobertura de corais, a microbiota da água é dominada por microrganismos benéficos a saúde dos corais.

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Figura 2: Na foto, os recifes de Abrolhos (BA) são resultado da relação próxima entre microrganismos e corais, mas também do balanço de microrganismos responsáveis por manter os recifes em um estado saudável e microrganismos patogênicos presentes na água (Foto: Pedro Meirelles).

Mergulhar fundo no mar dos microrganismos e conhecer sua diversidade é um grande desafio e nos dá grandes oportunidades para compreendermos mais, possibilitando que possamos nos relacionar melhor com os ambientes marinhos de que tanto dependemos. Como visto, a microbiota está diretamente ligada à saúde, seja dos ambientes como um todo ou dos hospedeiros. Diversos estudos vêm mostrando como essa ligação se dá e alguns até apontam meios para intervir em caso de desequilíbrio, a exemplo de propostas como a terapia por fagos… mas este é assunto para outro post… até a próxima.

 

Pedro Milet Meirelles

(Laboratório de Bioinformática e Ecologia Microbiana

Instituto de Biologia da UFBA)

meirelleslab.org

 

Para Saber mais:

Azam, F., and Malfatti, F. (2007). Microbial structuring of marine ecosystems. Nat. Rev. Microbiol. 5, 782–791. doi:10.1038/nrmicro1747.

Dubinsky, Z., and Jokiel, P. L. (1994). Ratio of energy and nutrient fluxes regulates symbiosis between zooxanthellae and corals. Pacific Sci. 48, 313–324.

Lesser, M. P., Mazel, C. H., Gorbunov, M. Y., and Falkowski, P. G. (2004). Discovery of symbiotic nitrogen-fixing cyanobacteria in corals. Science (80-. ). 305, 997–1000. doi:10.1126/science.1099128.

Kushmaro, A., Banin, E., Loya, Y., Stackebrandt, E., and Rosenberg, E. (2001). Vibrio shiloi sp nov., the causative agent of bleaching of the coral Oculina patagonica. Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 51, 1383–1388.

Roach, T. N. F., Abieri, M. L., George, E. E., Knowles, B., Naliboff, D. S., Smurthwaite, C. A., et al. (2017).  Microbial bioenergetics of coral-algal interactions . PeerJ 5, e3423. doi:10.7717/peerj.3423.

Bruce, T., Meirelles, P. M., Garcia, G., Paranhos, R., Rezende, C. E., de Moura, R. L., et al. (2012). Abrolhos Bank Reef Health Evaluated by Means of Water Quality, Microbial Diversity, Benthic Cover, and Fish Biomass Data. PLoS One 7, e36687. doi:10.1371/journal.pone.0036687.

Meirelles, P. M., Amado-Filho, G. M., Pereira-Filho, G. H., Pinheiro, H. T., de Moura, R. L., Joyeux, J.-C., et al. (2015). Baseline Assessment of Mesophotic Reefs of the Vitória-Trindade Seamount Chain Based on Water Quality, Microbial Diversity, Benthic Cover and Fish Biomass Data. PLoS One 10, e0130084.

Cohen, Y., Joseph Pollock, F., Rosenberg, E., and Bourne, D. G. (2013). Phage therapy treatment of the coral pathogen Vibrio coralliilyticus. Microbiologyopen 2, 64–74. doi:10.1002/mbo3.52.

Foto de abertura: Parecem constelações, galáxias, universos, mas são microrganismos marcados por corantes fluorescentes, vistos em microscopia. Uma colher de sopa de água do mar contém mais de 1 milhão de bactérias (Fonte: http://www.news.ucsb.edu/2017/018057/confluence-science-and-art)

As aves sem árvores: sobrevivendo à extinção no chão

 

Joões-de-barro, sabiás e rolinhas ocupam os jardins e praças de grande parte do Brasil. Originalmente, estas aves viviam em campos, capoeiras e bordas de florestas.  Nas cidades, encontraram um ambiente que outras espécies, mais dependentes de áreas densamente florestadas, não toleram. Elas pertencem a um pequeno grupo de espécies que se tornou mais abundante nos ambientes alterados. Na grande catástrofe ecológica causada pelos humanos, já chamada por cientistas de sexta grande extinção em massa, elas estão prosperando. Seus hábitos, por uma contingência histórica, podem ser um passaporte para atravessar a catástrofe.

Uma contingência similar pode ter influenciado o futuro da evolução das aves há 66 milhões de anos. A quinta grande extinção em massa, famosa pela desaparição dos dinossauros, foi seguida pela radiação evolutiva das aves modernas, quando as poucas espécies sobreviventes deram origem a toda a diversidade que hoje colore nosso planeta.

Por que algumas aves resistiram enquanto tantas outras espécies pereceram? Seria por causa de seus hábitos alimentares? De sua distribuição geográfica? Seu tamanho? Embora frequentemente associemos aves e árvores, um novo estudo propõe que uma das chaves para superar a grande catástrofe foi ter hábitos terrestres e não depender das árvores. Daniel Field e seus colegas nos EUA usaram três linhas de argumentos.

Primeiro, eles mapearam os hábitos de vida das aves moderna em uma filogenia construída com dados moleculares e determinaram qual era o hábito de vida mais provável dos ancestrais de cada linhagem. O resultado aponta, inequivocamente, que eles não habitavam nem nidificavam em árvores (Figura 1)

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Figura 1: Filogenia das aves modernas mostrando em verde linhagens predominantemente arborícolas e em marrom linhagens predominantemente não arborícolas. Todas as linhagens arborícolas têm ancestrais terrestres (Figura modificada de Fields et al, 2018).

Mostraram também que o registro fóssil de algumas linhagens arborícolas modernas sugere que elas tinham ancestrais mais terrestres. Por exemplo, fósseis relacionados aos turacos (Figura 2), uma família de aves arborícolas endêmica do continente africano, tinha patas longas, indicando que eles viviam no solo.

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Figura 2: Knysna Turaco (Tauraco corythaix), Western Cape, South Africa. Photo de Daniel Fields

Por último, mostraram que logo após a catástrofe, pólens de árvores deram lugar a esporos de pteridófitos, como as samambaias, exatamente o que ocorre durante um processo de sucessão ecológica em que as árvores são eliminadas. A reaparição de pólen no registro fóssil levou aproximadamente mil anos.

Os autores usam estas evidências para argumentar que a desflorestação causada pelo impacto de um meteoro selecionou negativamente as aves que dependiam das árvores. O impacto teria causado incêndios, chuvas ácidas e levantado sedimentos que bloquearam a luz do sol necessária para fotossíntese. As florestas desapareceram e com elas as espécies que dependiam destes ecossistemas. Por exemplo, uma linhagem de aves arborícolas abundante antes da extinção em massa, conhecida como Enantiornithes, sumiu do registro fóssil (Figura 3).

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Figura 3: As aves modernas descendem de ancestrais terrestres que sobreviveram à extinção em massa no fim do Cretáceo (Figura modificada de Fields et al, 2018).

As aves modernas tiveram que reconquistar as árvores. Uma vez que as florestas se recuperaram, hábitos arborícolas evoluíram rapidamente em diferentes linhagens. Os ancestrais dos passarinhos, anus, beija-flores e pombos saíram do chão e sofreram evolução independente que os levou a ocupar os ramos e troncos das novas florestas após a grande extinção.

O exemplo é um convite para imaginar o que acontecerá depois da extinção em massa que estamos causando. Quais espécies sobreviverão a esta hecatombe humana? A quem caberá recuperar os ecossistemas terrestres uma vez que nós estivermos extintos?

João F. Botelho (Yale University)

 

Para saber mais:

Claramunt S, Cracraft J. A new time tree reveals Earth history’s imprint on the evolution of modern birds. Science Advances. 2015;1(11).

Field DJ, Bercovici A, Berv JS, Dunn R, Fastovsky DE, Lyson TR, et al. Early Evolution of Modern Birds Structured by Global Forest Collapse at the End-Cretaceous Mass Extinction. Curr Biol. 2018;28(11):1825-31.e2.

Louchart A, Viriot L. From snout to beak: the loss of teeth in birds. Trends Ecol Evol. 2011;26(12):663-73.

Imagem de abertura: Philipp M. Krzeminski.

Quais as consequências a longo-prazo da perda de biodiversidade?

Estudo de mais de 20 anos sugere que os efeitos da perda de biodiversidade são dependentes do contexto. Ou seja, ecossistemas distintos respondem de diferentes maneiras à perda de biodiversidade, e nós ainda temos muito o que aprender.

Desde criança, sempre sonhei com matas densas, cheias de bichos e plantas das mais variadas cores, formas e tamanhos. Por vezes, esses sonhos eram ricos de uma sensação interminável de aventura e descoberta: em cada direção havia algo novo a conhecer e se encantar. Nas manhãs após esses sonhos, acordar era um choque de realidade, pois as paredes quase brancas do meu quarto estavam muito aquém da riqueza desses universos que deixava para trás. Para os amantes da natureza como eu, imaginar essas paisagens é tarefa fácil. Hoje, como bióloga, vejo na prática que estudar a diversidade da vida é tão fascinante quanto desvendá-la em meus sonhos, e os processos que geram essa imensa biodiversidade na natureza são ainda mais criativos do que a minha imaginação de criança.

Hoje conhecemos algo em torno de 260.000 espécies de plantas e quase 2 milhões de espécies animais, além de milhares de espécies de fungos e incontáveis espécies de bactérias. Mas, alguns cientistas estimam que ainda desconhecemos algo em torno de 86% e 91% das espécies existentes nos ambientes terrestres e nos oceanos respectivamente! Esses números são, ao mesmo tempo, impressionantes e assustadores. Impressionantes, pois se a diversidade conhecida já é fascinante e os usos que dela fazemos incontáveis, é instigante imaginar que ela representa menos (muito menos!) da metade de tudo que existe na natureza.

Mas, esses números são também assustadores porque com as taxas atuais de extinção de espécies e destruição de ambiente naturais cientistas calculam que até 54% das espécies poderão ser extintas na próximas décadas. Frente a esse cenário não muito otimista, o estudo da biodiversidade e dos impactos causados pela sua perda são imperativos.

Os efeitos da perda de biodiversidade no funcionamento das comunidades ecológicas é um tema largamente estudado na ecologia. No entanto, vários aspectos importantes dos efeitos ecossistêmicos de longo-prazo da perda de biodiversidade ainda permanecem sem resposta. Um deles diz respeito a como esses efeitos são dependentes do contexto ambiental. Por exemplo, qual o efeito da perda de biodiversidade em diferentes comunidades vegetais? E como nem toda perda de biodiversidade se dá de forma semelhante, qual o efeito da perda de diferentes números de espécies na comunidade? A diversidade de comunidades vegetais é capaz de tamponar a variabilidade ambiental decorrente de perturbações externas ou flutuações nas condições ambientais?

Para tentar responder essas perguntas, cientistas estudaram os efeitos a longo prazo da perda de biodiversidade em 30 ilhas florestadas dos lagos Hornavan e Uddjaure, no norte da Suécia. Nessa região, a principal perturbação ambiental é o fogo que ocorre naturalmente, decorrente de tempestades de raios: ilhas maiores tendem a sofrer mais queimadas do que ilhas menores, criando um gradiente natural de perda de biodiversidade entre as ilhas de grande (com mais de 1.0 hectare), médio (entre 0.1 e 1.0 hectare) e pequeno porte (com menos de 0.1 hectare). Nessas ilhas, os pesquisadores ativamente removeram, em diferentes combinações, três das principais espécies do sub-bosque local (Vaccinium myrtillus, Vaccinium vitis-idaea e Empetrum hermaphroditum) (Figura 2), utilizando o gradiente natural de diversidade das diferentes ilhas. Em algumas ilhas, essas espécies chegaram a representar 98% do sub-bosque. Além disso, em geral, ilhas de maior porte apresentaram também maior produtividade e maior fertilidade dos solos, enquanto as ilhas menores apresentaram menor produtividade e fertilidade. Assim, o gradiente naturalmente formado simulou as variadas condições nas quais a perda de biodiversidade foi estudada pelos pesquisadores.

 

 

Figura 2 – (a) Localização dos lagos Hornavan e Uddjaure, ao norte da Suécia. (b) Vaccinium myrtillus (Photo: Anneli Salo, https://www.google.com/search?q=Vaccinium+myrtillus&client=firefox-b-1&tbm=isch&source=lnt&tbs=sur:fc&sa=X&ved=0ahUKEwiQ06207qbbAhXNHTQIHURyAygQpwUIIA&biw=1138&bih=501&dpr=1.2#imgrc=DHc10hLDxVnvPM:; (c) Vaccinium vitis-idaea (Photo: Arto J, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Lingonberry_(Vaccinium_vitis-idaea)_-_panoramio.jpg); (d) Empetrum hermaphroditum (Photo: Dawn Endico,  https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Empetrum_nigrum_Denali_AK.jpg).

Um dos aspectos principais desse estudo é que ele foi conduzido em comunidades naturais, em contraste com os estudos anteriores a respeito do papel da biodiversidade no funcionamento dos ecossistemas, geralmente realizados em ambientes altamente controlados e em comunidades aleatoriamente construídas. Nesse trabalho, os autores estudaram os efeitos a longo prazo da perda de biodiversidade na biomassa da comunidade vegetal e na variabilidade temporal dessa biomassa por um período de 20 anos. Ou seja, eles observaram a capacidade das comunidades de plantas em incorporar matéria orgânica após a remoção de uma, duas ou três das espécies vegetais dominantes do sub-bosque, e estudaram também como essa incorporação de biomassa variou ao longo do tempo.

Os autores confirmam o fato de que a perda de espécies nas diferentes ilhas reduz significativamente a biomassa vegetal das comunidades. Mas, contrário aos achados anteriores a esses estudos altamente controlados, os dados sugerem que esse efeito não necessariamente aumenta com o tempo, provavelmente devido a respostas compensatórias de outras espécies da comunidade. Porém, essas respostas compensatórias dependem largamente das interações entre as espécies locais e do contexto ecológico. Ou seja, o efeito da perda de biodiversidade na biomassa de comunidades vegetais decresce com o tempo, e esse decréscimo é mais evidente em comunidades menos produtivas e menos férteis.

Outro dado interessante é que a perda de diferentes espécies acarretou um aumento na variabilidade temporal da biomassa dessas comunidades, e esse efeito foi observado em maior intensidade nas comunidades mais produtivas e nas ilhas mais férteis. Ou seja, em áreas de maior produtividade, a biomassa sofreu, decorrente da perda de biodiversidade, as maiores variações ao longo desses 20 anos, quando comparado as áreas de menos produtividade.

Em geral, o impacto negativo da perda de biodiversidade nas diversas ilhas estudadas foi dependente da espécie removida e da possibilidade de compensação pelas espécies remanescentes locais. Isso sugere que as repostas ecossistêmicas à perda de espécies depende sobremaneira do contexto ambiental. Nesse caso, um ecossistema seria resiliente à perda de espécies apenas se outras espécies locais fossem capazes de ocupar o nicho deixado pela(s) espécies eliminada(s). Ilhas maiores, ou áreas em contato próximo com outras regiões seriam capazes de suprir novas espécies para a comunidade, e, portanto mais resilientes a perda de espécies.

Com base no que já sabemos hoje, tanto de observações de campo quanto de estudo experimentais, parece inquestionável a importância da biodiversidade para a manutenção da saúde dos ecossistemas e, em última análise, de nós humanos. Há muitas décadas, a comunidade científica nacional e internacional aponta para a necessidade de preservação da biodiversidade, principalmente em um país como o nosso, que abriga uma quantidade impressionante de espécies, muitas das quais pouco ou nada estudadas. Mas, a despeito do que apontam os mais variados estudos, o Brasil parece, infelizmente, remar contra a maré.

Notícias na última semana anunciaram o provável nome do novo presidente do Instituto Chico Mendes de Conservação da Biodiversidade (ICMBio), um dos principais órgãos ambientais do país, responsável pela criação, gestão e preservação de áreas de proteção ambiental no Brasil. O ICMBio gere, respectivamente, 9% e 24% dos territórios continental e marinho nacionais. O novo presidente, se for realmente confirmado, não parece possuir qualquer formação em gestão socioambiental, e sua indicação resulta, possivelmente, de uma negociata política. Infelizmente, ainda abordamos as questões ambientais de maneira pouco séria e um tanto inconsequente, em completo desalinho com o que apontam as pesquisas e a comunidade científica.

Se quisermos evitar surpresas futuras, precisamos levar a preservação da biodiversidade a sério, para que possamos através de mais estudos, como o relatado aqui, entender os efeitos de longo prazo da perda de espécies. A grande parte desses estudos vêm sendo realizados em ambientes temperados, com número relativamente pequeno de espécies, e ainda pouco sabemos a respeito dos efeitos da perda de espécies em ambientes tropicais.

Ana Almeida

(California State University East Bay)

Para saber mais:

Liu, J. et al. 2018. How does habitat fragmentation affect the biodiversity and ecosystem functioning relationship? Landscape Ecology, 33: 341-352.

Maynard, D.S.; et al. 2017. Competitive network determines the direction of the diversity-function relationship. PNAS, 114(43): 11464-11469.

Plimm, S.L. et al. 2014. The biodiversity of species and their rates of extinction, distribution, and protection. Science, 344: 1246752-1 – 1246752-10.

A estética do lugar e a pesquisa científica

Como as ideias e práticas dos cientistas são moldadas pelos lugares em que o trabalho científico ocorre?

Em artigo publicado em 2015, o historiador da biologia Keith Benson aborda um assunto que, como ele próprio afirma, merece maior atenção, em suas palavras, a “estética ambiental”. Como um cientista é afetado pelo lugar que investiga? Como sua interação com os locais nos quais realiza sua pesquisa transforma a ciência que ele ou ela faz? Continue Lendo “A estética do lugar e a pesquisa científica”

Na teia da ciência

As aranhas são animais fascinantes que habitam não só nossas casas e jardins, mas também nossas histórias e os piores pesadelos de muita gente. Uma aranha salvou um porquinho em um livro infantil. Outras são vilões em filmes de terror. Elas até tiveram seu genoma misturado ao de um adolescente para criar um dos super-heróis mais populares entre as crianças. Essa popularidade, no entanto, não era notada nos estudos genômicos e evolutivos. Até agora

Continue Lendo “Na teia da ciência”