Aproveitadores pré-históricos

A pandemia da covid-19 nos mostrou, da pior forma possível, o impacto dos parasitas em diferentes aspectos na nossa sociedade. Há registros históricos de pandemias e epidemias que afetaram o curso da humanidade (praga de Justiniano, peste bubônica, gripe espanhola), mas os parasitas não estão restritos à nossa espécie e ao nosso tempo.

O hábito de parasitismo é universal. A grande maioria das espécies é parasitada pelo menos em algum estágio de sua vida. Devido a sua abundância em praticamente todos os ecossistemas e seus efeitos adversos sobre o hospedeiro, o parasitismo está entre os principais fatores para explicar a evolução e a ecologia de seus hospedeiros. Por isso, pesquisadores têm interesse em estudar a evolução de parasitas e de seus hospedeiros, e também em buscar formas de manejo e redução dos seus impactos. Embora as espécies parasitas sejam comuns nos ecossistemas modernos, sabemos pouco sobre o parasitismo no passado distante, particularmente sobre quando o hábito surgiu.

Normalmente, os parasitas não se tornam fósseis, pois seus corpos costumam ser pequenos e macios. Por isso, a maioria dos estudos sobre a evolução de parasitas é baseada em filogenias de espécies existentes, que foram construídas com base em dados morfológicos e moleculares. Apesar de muito úteis para inferir processos que atuaram na evolução dessas espécies, esses estudos dão pouco subsídios para entender as interações parasita-hospedeiro. Assim, os raros parasitas fósseis encontrados são bastante celebrados, como é o caso dos fósseis descritos em dois artigos recentes.

Num artigo publicado há pouco mais de uma semana, um grupo de pesquisadores brasileiros da Universidade Estadual de Campinas, Universidade Federal do Rio Grande do Norte e Universidade Federal de São Carlos fazem o primeiro registro de parasitas fósseis preservados no osso de um dinossauro titanossauro. Os cientistas analisaram um fragmento da fíbula do titanossauro encontrado no noroeste do estado de São Paulo. O dinossauro habitava a região há aproximadamente 80 milhões de anos, durante o Cretáceo. Eles notaram que, diferentemente de outros fósseis, o osso apresentava várias lesões que se apresentavam como protuberâncias esponjosas, o que poderia ser uma manifestação de alguma doença, como um câncer ósseo, por exemplo (Fig. 1A). O osso foi analisado por tomografia computadorizada, o que permitiu o diagnóstico da doença: osteomielite aguda. Foi observado também que as lesões esponjosas estavam na parte mais interna do osso, de onde se estendiam até a superfície (Fig. 1B). O próximo passo para entender as causas e a progressão da doença foi a análise histológica do osso, ou seja, de seus tecidos. A observação das lâminas permitiu estimar a idade do animal ao ser infectado e ao morrer, mas também, fortuitamente, revelou a presença de parasitas fossilizados nos canais vasculares do osso (Fig. 1C). Essa foi a primeira observação já descrita de um parasita sanguíneo preservado em ossos de um dinossauro. Os parasitas observados têm tamanho e comportamento de protozoários pré-históricos já conhecidos como Paleoleishmania da família Trypanosomatidae, mas possuem um tamanho bem maior. A identificação da espécie parasita, portanto, ainda depende de análises adicionais.

Figura 1. Fragmento de osso do titanossauro apresentando protuberâncias esponjosas. A. Detalhe de uma das lesões observadas no osso. B. Resultado da tomografia do osso, mostrando as regiões mais densas do osso em azul e as regiões com menores densidades em verde, como a medula (M) e o as lesões no córtex (Pr, CL, PML). C. Parasitas fossilizados observados na medula óssea (cada indivíduo preservado está indicado por uma seta vermelha). Reproduzido de Aureliano e colaboradores, 2020.

O registro mais antigo de interação parasita-hospedeiro também foi publicado neste ano. O registro observado foi provavelmente de um tipo particular de interação, o cleptoparasitismo, quando uma espécie usurpa recursos de espécies bem-sucedidas na obtenção de recursos alimentares em vez de encontrar comida por conta própria. O hábito não é raro nas espécies atuais. Por exemplo, aranhas do gênero Argyrodes estudadas pelo Hilton F. Japyassú, um dos autores do blog, roubam as presas das teias de outras aranhas, em geral pequenos insetos. Insetos da família Panorpidae também se aproveitam do esforço das aranhas, roubando suas presas. Cientistas chineses apresentaram o que seria a mais antiga interação entre duas espécies, mostrando que o cleptoparasitismo pode ter surgido há mais de 500 milhões de anos.

O grupo de pesquisadores encontrou um leito fóssil de braquiópodes –animais com aparência similar a moluscos bivalves– em Yunnan, China, datados em 512 milhões de anos atrás. Milhares de fósseis de braquiópodes, batizados de Neobolus wulongqingensis, aparecem agrupados sobre sedimentos antes cobertos pelo mar. Centenas deles tinham estruturas em forma de tubo incrustadas na superfície externa de suas conchas (Fig. 2A). Essas estruturas tubulares apareciam somente junto às conchas dos braquiópodes, nunca livres ou associados a outros fósseis. Essa observação levou à hipótese de que o organismo que habitava o tubo precisava da associação íntima com braquiópode para sobreviver. Os braquiópodes eram, provavelmente, organismos filtradores e Zhang e seus colaboradores se perguntaram se os organismos incrustados poderiam ter roubando o alimento na borda da concha, antes que o braquiópode pudesse acessá-la. Para testar essa hipótese, o grupo de cientistas comparou a biomassa dos braquiópodes que possuíam tubos incrustados (205 indivíduos) com a biomassa de indivíduos sem os tubos (224 indivíduos). Os braquiópodes incrustados com tubos eram significativamente menores: a presença dos tubos significou uma redução de 26,08% da biomassa. Além disso, os tubos encontrados possuíam aberturas orientadas exclusivamente para a extremidade anterior (via de alimentação) dos braquiópodes hospedeiros (Fig. 2B), uma indicação de que os organismos que viviam nos tubos não utilizavam o braquiópode unicamente como substrato rígido para construir as estruturas. A idade desses parasitas fósseis coincide com a Explosão Cambriana, período reconhecido pela rápida mudança diversificação biológica. Talvez a interação íntima entre as espécies e o hábito de parasitismo também tenham surgido nessa época de grande mudança evolutiva.

Figura 2. Interação entre duas espécies observadas em fósseis de 512 milhões de anos. A, B. Conchas de braquiópodes fossilizadas mostrando estruturas tubulares incrustadas em suas conchas. C. Reconstrução artística dos braquiópodes Neobolus wulongqingensis com os organismos cleptoparasitas incrustados. A abertura dos tubos estava sempre orientada para a extremidade anterior dos braquiópodes (Arte de Rebecca Gelernter, Near Bird Studios). Reproduzido de Zhang e colaboradores, 2020.

Mais de 500 milhões de anos se passaram e diferentes espécies ainda continuam se aproveitando dos esforços alheios para obter vantagens individuais, mostrando o sucesso deste estilo de vida. Dentre elas, está a nossa própria espécie, que usa uma das formas mais comuns de cleptoparasitismo, usurpando recursos de outras espécies (atire a primeira pedra quem não usa mel para adoçar o chazinho), mas também apresenta várias inovações, como suspeitos depósitos em cheques, transações imobiliárias em espécie e até novas estratégias para esconder o produto do crime em locais inusitados. É, não está “fóssil”…

Tatiana Teixeira Torres (USP)

Para saber mais:

– Tito Aureliano, Aline M. Ghilardi (2020) DINO ZOMBIE: blood parasites and severe bone disease hit dinosaurs.  Colecionadores de ossos, 05/09/2019.

Video de divulgação em português apresentado pelos pesquisadores Tito Aureliano e Aline M. Ghilardi no canal Colecionadores de ossos do Youtube, que integra a plataforma Science Vlogs Brasil. No video, os pesquisadores contam como foi feita a descoberta dos parasitas sanguíneos nos ossos de um dinossauro da família dos Titanossauros .

– Tommy L. F. Leung (2015) Fossils of parasites: what can the fossil record tell us about the evolution of parasitism? Biological Reviews, 92, 410–430.

Revisão em inglês com o levantamento de registros fósseis de parasitas e casos em que o parasitismo foi atribuído erroneamente alguns espécimes fósseis que, ao serem reexaminados, apresentam características prováveis ​​de serem encontradas também em taxa de vida livre.

Evolução pode ocorrer sem seleção natural?

De acordo com a Teoria Neutra, desenvolvida há mais de 50 anos, evolução sem seleção seria comum. Essa ideia ainda é apoiada nos dias atuais? Assista à entrevista feita por Diogo Meyer com o biólogo Carlos Schrago, em que discutem o legado que a teoria neutra nos deixou.

Por muito tempo, a seleção natural foi vista como o principal mecanismo capaz de gerar transformação evolutiva. Para arquitetos da síntese evolutiva moderna, como Ernst Mayr (1904-2005) e George Gaylord Simpson (1902-1984), o estudo da seleção ocupava um papel central na biologia evolutiva.

Na década de 1960 essa visão foi desafiada (conforme discutido num post de Tatiana Torres, aqui no Darwinianas). Num trabalho publicado em 1968, o biólogo Motoo Kimura (1924-1994) lançou as bases da Teoria Neutra da Evolução Molecular. De acordo com a Teoria Neutra, a maioria das mudanças que ocorre em nível molecular é consequência de um fenômeno aleatório, a deriva genética, e não da seleção natural.

A teoria neutra trouxe uma nova perspectiva para a biologia, prevendo que genes menos importantes para a sobrevivência dos organismos evoluiriam de modo rápido, pois poderiam acumular mutações aleatórias. Os genes importantes, por outro lado, seriam conservados, pois mutações não seriam toleradas. Para a teoria neutra, quando há muita mudança temos indício de fenômenos aleatórios, não de seleção.

Essa teoria de mais de 50 anos ainda é importante nos dias de hoje? Qual seu legado para a forma como os cientistas pensam? Numa conversa com Diogo Meyer, o biólogo Carlos Schrago, da Universidade Federal do Rio de Janeiro, examina quanto o modo de pensar introduzido pela Teoria Neutra ainda segue conosco.

Diogo Meyer (USP)

Para saber mais:

De luzes e de sombras

Genes para monogamia em ratinhos fofos: o que há de verdade na relação entre genes e comportamento

Das sombras surgem seres de escuridão. Sem existência própria, desaparecem sob a luz, dela se escondem, mas a ela perseguem sempre, curiosos pelo luminoso. Na luz plena e desimpedida inexistem. A escuridão inteira é seu próprio lar. Podem as sombras mover as coisas? Ora, as coisas inanimadas, não, mas os vivos, ah … os vivos, estes se movem por si, e sua imaginação se encarrega de dar vida a qualquer canto escuro.

Sombras não podem mover coisas. Este foi o grande argumento de Thomas Huxley (1825–1895), conhecido como o buldogue de Darwin, ao defender um materialismo, segundo ele, fundamentado no darwinismo. Em uma palestra que ficou famosa, Huxley dizia que, da mesma forma que não haveria nenhuma enteléquia, nenhuma entidade sobrenatural, nenhuma energia misteriosa que operasse a transformação do vapor em água líquida, em gelo, em gás, seria dessa mesma forma que as leis físicas seriam suficientes para dar conta de outros fenômenos, também naturais, como a vida e a mente. Huxley descartou que devêssemos supor a existência de uma energia vital, um espírito, uma mente imaterial que concorresse na explicação da vida.

À época os cientistas estavam descobrindo a eletricidade, e fazer corpos de sapos mortos se moverem com descargas desta nova ‘substância’ elétrica  se tornou entretenimento fácil para a aristocracia. Estas ‘experiências’ públicas de revivificação reanimaram a discussão sobre o que nos tornava vivos, uma discussão antiga, que remonta aos primeiros autômatos, hidráulicos ou mecânicos, estatuetas que se moviam, dançavam, tocavam instrumentos, ou jogavam água nos passantes (para o divertimento de entediados aristocratas escondidos em meio ao jardim), experiências que estimularam a imaginação de toda uma época ao simular o ressurgimento da vida em um corpo morto. Novamente a humanidade entretinha o sempre atual sonho de sair de sua condição de mera criatura, para assumir o posto de criadora.

Mary Shelley (1797-1851), uma das primeiras britânicas a ter grande e reconhecido sucesso na literatura, criou um personagem, em muitos sentidos, imortal. Seu Frankenstein era uma montagem de peças de outros seres, pedaços que ganham vida, que adquirem uma consciência unificada após uma forte descarga elétrica. Em muitos sentidos este foi um século eletrizante. Um século que teve gênios como Lamarck, Darwin e Freud, os dois primeiros retirando o ser humano do centro da criação divina, e quiçá deixando de lado toda e qualquer divindade, e o último retirando-nos do centro de controle de nossas próprias ações, doravante comandadas a partir das trevas do inconsciente.

Todas estas metáforas giram ao redor do surgimento da vida, mais que isso, um passo além disso, giram ao redor do surgimento de agentes conscientes a partir da matéria bruta. Enquanto para alguns esta agência consciente requer um salto qualitativo, não podendo ser explicada meramente por leis físicas, e aqui falamos de Descartes, e de religiões em geral, para outros, como Huxley, essa aparência de um salto qualitativo era fruto de nossa ignorância. Para ele, era apenas uma questão de tempo até que as leis da psicologia ou da biologia pudessem ser reduzidas aos átomos da consciência e, superada nossa ignorância acerca destes fenômenos, veríamos que o surgimento da vida passaria a ser explicado como uma mudança de fase, como o surgimento da água, líquida, a partir da condensação do vapor, de água. És água, e à água retornarás.

Para Huxley e, de modo mais amplo, para boa parte da fisiologia e da psicofísica daquele tempo, era importante não deixar renascer qualquer tipo de animismo, era importante eliminar explicações que envolvessem energias vitais, que permitissem o intercurso de entidades mágicas. O vitalismo fora um influente princípio nos séculos XVII e XVIII, mas foi lentamente perdendo força nos meios científicos[1], dado que experimentos terminaram por refutar suas explicações.

Neste período vive também Émile Durkheim (1858–1917), sociólogo francês e, de fato, o principal formulador da própria Sociologia, ao lado de nomes como Karl Marx e Max Weber.  Durkheim se opõe fortemente à escola da psicofísica, defendendo que as representações, as imagens mentais e sensações, não são como sombras, dado que as representações poderiam ter um efeito causal sobre nossos pensamentos e comportamentos. Diferentemente de Huxley, Durkheim defende que há algo além das leis físicas atuando na mente, que este algo são as representações (que em conjunto comporiam um espírito), e que estas representações poderiam uma estimular a outra, ativando o organismo, ativando a matéria nervosa que lhes serve de residência.

Em oposição a Durkheim, William James (1842–1910), eminente psicólogo norte-estadunidense, defenderia que a memória é estática, é um resíduo orgânico deixado pelo funcionamento neural: em uma linguagem mais contemporânea, diríamos que é um conjunto de sinapses (conexões entre neurônios) estruturalmente modificadas. Em nossa luminosa metáfora, as redes neurais seriam, para James, a luz que gera múltiplas sombras (sensações, representações, abstrações) e que, findas as sensações, restariam apenas as marcas orgânicas de sua prévia existência, um conjunto de sinapses reforçadas pela experiência. Esta rede neural modificada pela experiência facilitaria o surgimento posterior de novas réplicas destas mesmas sensações (lembranças destas sensações), ao facilitar a replicação no agora daquele anterior funcionamento neural.

Nesta influente visão do comportamento, as sensações, as representações, nossos pensamentos e abstrações, seriam apenas sombras (os filósofos dão a isso o pomposo nome de epifenômenos). Ora, sombras não poderiam ser causa de mais nada, pois elas são passageiras, e comandadas pela luz. Nossa memória, a cada instante que lembramos de nossa falecida e querida avó, nossa memória é uma nova memória, uma nova imagem mental (leia-se, funcionamento neural) construída no aqui e no agora, e que só pode ser construída à semelhança do passado porque essas sinapses são estruturas morfológicas que dão uma certa continuidade entre experiência passada e memória presente. Uma boa metáfora é a de uma rede de canais: se alteramos a estrutura física (a morfologia) da rede de canais, o fluxo de água também se altera; a cada nova descarga de água, o fluxo será novamente igual ao do passado porquanto a rede de canais se mantenha intacta. Para William James, a rede de canais é a memória, a descarga de água são os estímulos do mundo externo, e o fluxo de água são nossas sensações, representações, abstrações, pensamentos. Para replicar (lembrar) um mesmo funcionamento (sensação) basta que a rede neural se mantenha (memória) e que a estimulação externa seja similar à que tivemos no passado: ao vermos uma velhinha na rua, lembramos de nossa falecida avó, ainda viva em nosso imaginário.

Durkheim rebate esta posição de James. Para Durkheim as representações (sensações, pensamentos, abstrações) não são sombras, não são epifenômenos. Em realidade, ele coloca em xeque a própria noção de epifenômeno: dizer que elementos ou propriedades no mundo, como as representações, podem ter maior ou menor poder causal seria, segundo Durkheim, compreensível; mas dizer que representações não podem ter efeito algum, isso lhe parece um equívoco. Por que, afinal, algo que tem uma existência real seria impedido de gerar consequências neste mesmo mundo real? De onde viria uma tal proibição? O fato de que sombras não causam a si próprias não as impede de terem efeitos no mundo. Objetos se escurecem ao adentrar zonas sombreadas, em dias quentes, procuramos uma sombra para reduzir nosso calor. Sombras têm efeitos no mundo real.

Apesar de sua fundamental importância para a Sociologia, Durkheim foi ignorado na Biologia, e duvido que neurocientistas trabalhando hoje com os mistérios da mente sequer tenham ouvido falar dele. No entanto, todo o seu discurso sobre a mente vem sendo inadvertidamente reabilitado por pesquisadores que adotam uma abordagem organizacional para explicar a mente, entre os quais me incluo. Para estes pesquisadores, a mente seria uma organização no sistema nervoso, uma organização autônoma, que lê tanto o mundo externo (ambiente) quanto o mundo interno (corpo) para a tomada de decisão. É interessante notar que, sendo uma organização, a mente não seria propriamente material, mas sim uma específica organização da matéria. Isto explicaria de certa forma o insight de gerações de filósofos e pesquisadores que postularam a imaterialidade da mente. A mente seria então uma organização autônoma que buscaria atingir seus próprios objetivos e que, para isso, se utilizaria tanto de ferramentas externas (teias, ninhos, martelos, bigornas, computadores) quanto de ferramentas internas (genes, hormônios, proteínas de membrana). Para ressaltar esta autonomia (e não independência) da mente em relação ao corpo, vou finalizar esta nossa digressão histórica comentando pesquisas recentes sobre uns ratinhos fofos que formam casais para a vida inteira, até que a morte os separe.

Os arganazes (ou ratinhos fofos) formam pares monogâmicos (casais para a vida toda), e recentemente foi desvendada a genética subjacente a este peculiar estilo de vida matrimonial. Primeiro, ficou claro que níveis maiores de ocitocina e vasopressina (neurotransmissores que conectam certas sinapses, as ligações entre neurônios), em locais específicos do cérebro, auxiliam na monogamia. Espécies irmãs e não monogâmicas desses ratinhos regulam para baixo (diminuem a produção de) estes neurotransmissores. O mesmo vale para a regulação da expressão de dopamina (outro neurotransmissor), também acentuada em regiões específicas do cérebro monogâmico. Estes resultados foram noticiados como sendo a descoberta do interruptor genético da monogamia: dos genes que regulam para cima a expressão dos citados neurotransmissores. Contada desta forma, parece que nossas ratinhas e ratinhos não têm opção: dado que esta espécie possui este gene, um indivíduo qualquer desta espécie será necessariamente monogâmico. Mais que isso, parece que seu destino conjugal já está traçado em sua genética. Agora, o que esta história deixa de lado (ou conta apenas nas entrelinhas) é que a ativação do gene regulador da monogamia só acontece depois que o casal decidiu ficar junto. Percebam o detalhe: o casal decidiu ficar junto, não foi nem um, nem outro indivíduo: quando um não quer, dois não casam. Assim, uma ratinha em sua vida normal copula muitas vezes com muitos ratos antes de formar um casal, pois há um processo de escolha que antecede a monogamia. Pode acontecer de pares nem se formarem: alguns indivíduos podem não se reproduzir. Pode acontecer de casais de ratinhos já formados copularem fora do matrimônio, e continuarem casados. O que esta nova história, agora mais detalhada, revela é que os genes não são a causa da formação de um par monogâmico, eles não tomam a decisão pelos indivíduos. Eles são ativados pelo indivíduo após uma série de decisões feitas pelo casal: vou cortejar esta fêmea, vou aceitar copular com este macho, este macho parece ótimo e vou ficar por aqui com ele após a cópula, esta fêmea foi incrível e vou ficar com ela mais um tempinho. Só após copularem e permanecerem juntos por ao menos 6h é que os tais genes da monogamia são ativados. A ativação dos genes não é a causa da formação do casal, mas sim a consequência de uma decisão do casal, e a decisão poderia muito bem ter sido outra, porque ela depende da experiência de vida de cada um dos envolvidos, depende do que aquela fêmea em particular aprendeu sobre machos em geral, experiências com outros machos que a fizeram ao final escolher aquele macho em particular. O que esta história mais detalhada transparece é que os genes são uma ferramenta utilizada pelos ratinhos para estabelecer uma relação monogâmica. Os sujeitos da decisão são os indivíduos, os organismos, e não seus genes. O que esta história mais detalhada mostra é que não podemos confundir a influência que um gene possa ter na expressão de um comportamento com as decisões do indivíduo ao se comportar de uma ou outra maneira. Sofremos muitas influências, por exemplo, a fome me influencia a ir em busca de alimento. Mas a fome não decide por mim: eu posso decidir buscar alimento mais tarde, porque eu tenho um sistema cognitivo que é autônomo em suas decisões, autônomo em relação aos estados internos de meu corpo (minha fome, meus genes), e em relação aos estímulos do ambiente externo. Percebam que minhas decisões não são independentes destas influências: autonomia não é independência. A decisão de formar um par monogâmico é minha, mas ela não terá efeito se os ratinhos não tiverem como aumentar a expressão de genes particulares em locais específicos do cérebro: a decisão depende de que os genes funcionem para ser efetiva, do mesmo jeito que, para ser efetiva a decisão, os ratinhos precisam ter um coração batendo, pernas funcionando, pulmões em bom estado e … genes específicos em locais particulares, em bom funcionamento. Esta autonomia tem sido deixada de lado na história da Etologia (o estudo do comportamento), e postulamos ora que somos fruto do meio (Skinner), ora que somos maquinetas instintivas (Lorenz). O problema é que em ambos esses casos nós somos concebidos como seres sem autonomia sobre nossas decisões. Isso está muito errado.

Hilton Japyassú

Universidade Federal da Bahia

Para saber mais:

Cormier, Zoe, and Zuoxin Wang. “Gene switches make prairie voles fall in love.” Nature (2013).

Durkheim, E. 2009 (1898). Representações individuais e representações coletivas, in Durkheim, E. Sociologia e filosofia. Martin Claret Editora.


[1] A história do vitalismo remonta ao Egito antigo, passa pela filosofia grega, suplanta a Idade Média em nomes respeitados, como Malpighi, e chega ao século XIX e XX na mão de cientistas como Müller, Driesch. O vitalismo persiste ainda hoje em muitas práticas de cura tradicionais, que sugerem que as doenças derivariam, por exemplo, de um desequilíbrio entre forças ou energias vitais (nunca especificadas, nunca encontradas). Percebam que, o fato de nunca terem sido encontradas faz com que tais energias não possam ser uma explicação para a doença, ou para a cura através de práticas tradicionais. No entanto, a prática, o tratamento aplicado em terapias tradicionais, pode ser eficaz, o que estaria errado seriam as explicações vitalistas para esta eficácia. A prática pode estar certa, mesmo tendo por trás de si uma teoria errada. A prática, ao ignorar os equívocos de sua teoria, ao reter como conhecimento teorias já refutadas, pode assim mesmo evoluir, só que mais lentamente, posto que presa a um imaginário equivocado. Longe da luz provida pela teoria adequada, as práticas tradicionais tateiam e se arrastam à deriva, no escuro.

Uma conversa sobre ciência

Como a ciência joga luz sobre questões complexas? Já discutimos no Darwinianas que a produção do conhecimento muitas vezes requer o desenvolvimento de modelos. Modelos são representações da realidade que deixam de fora parte de sua complexidade  e dessa forma tornam fenômenos naturais passíveis de explicação e mais acessíveis para nossa cognição, nossas ferramentas experimentais e nossa capacidade analítica.

O recurso a modelos é algo tão inerente ao modo como fazemos ciência que às vezes até esquecemos que nosso conhecimento é intermediado por eles. No post desta semana do Darwinianas , compartilhamos um vídeo de uma conversa com Charbel Niño El-Hani, um dos autores do blog, a respeito do papel de modelos em biologia. A conversa foi originalmente gravada para um curso de Biologia Evolutiva da Universidade de São Paulo, e é motivada pelo uso de modelos no estudo da evolução.

Charbel discute a importância de modelos na ciência e a necessidade de estarmos sempre atentos aos limites impostos pelospropósitos, natureza e estrutura de cada modelo. A ciência depende de bons modelos, mas mesmo bons modelos precisam ser continuamente examinados com um olhar crítico.

Lendo a história do Brasil nos genomas brasileiros

O contato com os europeus e a colonização do assim chamado Novo Mundo levou ao extermínio em massa dos nativos americanos e ao ocultamento da maior parte da sua história, principalmente do período pré-contato. Estudos tem conseguido recuperar antigas migrações nativas brasileiras, bem como aspectos da história pós-contato dessas populações usando dados genômicos.

Atualmente, o Brasil é o país com maior diversidade linguística nativa, concentrando mais de 150 línguas somente na região amazônica. No entanto, a distribuição tanto das línguas faladas quanto dos povos indígenas é hoje muito diferente daquela originalmente encontrada pelos exploradores portugueses no século XV. Nessa época, grande parte da população nativa brasileira (cerca de 900 mil, ou 1/3 do total) vivia na costa atlântica e fazia parte de sociedades complexas. Assim como os biólogos fazem com os seres vivos, os linguistas também utilizam um processo de classificação e nomenclatura das línguas, criando uma classificação hierárquica que vai desde as línguas, passando pelas famílias linguísticas até chegar aos troncos linguísticos. A maioria dos nativos da costa brasileira falava uma língua derivada das línguas amazônicas do tronco Tupí, caracterizadas como o ramo costeiro da família Tupí-Guaraní.

Ao longo do processo de colonização do Brasil pelos portugueses, as populações litorâneas foram gradativamente extintas, por meio de processos de escravização, introdução deliberada ou não de doenças, desterritorialização, deterioração dos meios de subsistência e guerra. Restam hoje apenas pequenas comunidades autodeclaradas indígenas as quais não possuem mais falantes de nenhuma língua nativa. Em um trabalho recente, estudamos uma dessas populações para responder a duas questões principais: Seria essa população, autodeclarada como Tupiniquim, uma representante dos índios do litoral na época da conquista europeia? Quais rotas os Tupí Amazônicos teriam seguido para chegar à costa atlântica e ao sudoeste do Brasil?

Por meio das informações genômicas desta população Tupiniquim, atualmente miscigenada com povos de origem Europeia e Africana, desvendamos alguns aspectos da história recente e antiga do Brasil. Neste sentido, resgatamos as relações de parentesco entre diferentes grupos indígenas atuais, eventos demográficos, movimentos populacionais e datamos os períodos onde a miscigenação ocorreu de forma mais intensa. Além disso, pudemos estimar o número de indivíduos formadores da população Tupiniquim há mais de 500 anos.

Primeiro, examinamos a variação genética da população Tupiniquim em comparação com os de outros nativos americanos ao lado de europeus e africanos, e descobrimos que seus genomas eram predominantemente nativos americanos (o que não é comum em populações miscigenadas brasileiras). Em seguida, usamos os outros componentes (europeus e africanos) do genoma para estimar quando teriam ocorrido os principais eventos de miscigenação entre esses nativos e os outros grupos. Nossos resultados mostraram que esses eventos massivos de miscigenação foram consistentes com os principais eventos históricos da escravidão indígena (Ciclo do Ouro; século 18), com a chegada da família real ao Brasil, o que intensificou o tráfico de africanos escravizados ao país bem como o povoamento da costa, e por último, com a abolição da escravatura, que impulsionou a migração europeia (principalmente italiana) para o Novo Mundo. Além disso, estimamos que o tamanho da população Tupiniquim em 1.500 estaria em torno de 100.000 indivíduos, mostrando a importância desse povo no período pré-contato e colonial. Além disso, de acordo com nossa estimativa baseada em dados genéticos, o colapso dessa população se deu há aproximadamente sete gerações, período muito próximo ao encontrado no registro histórico (em 1877 foram registrados apenas 55 Tupiniquim no Brasil).

Utilizando apenas a porção indígena dos genomas desses indivíduos, pudemos mostrar que eles não apresentavam evidências de miscigenação com outros grupos indígenas brasileiros, e se relacionavam fortemente com os grupos Tupí-Guaraní do oeste da Amazônia. Com base nisso, pudemos inferir que o grupo Tupiniquim faz parte do extinto ramo costeiro do Tupí. Por fim, construímos e testamos modelos para tentar entender a história da população Tupí desde sua origem até a expansão por grande parte da América do Sul. Para tanto, nos embasamos em hipóteses baseadas principalmente em evidências arqueológicas e linguísticas sobre como a expansão Tupí se desdobrou do oeste da Amazônia ao Atlântico e ao sudoeste do Brasil (Figura 1). A primeira hipótese, baseada em dados linguísticos e paleoambientais, afirma que os Tupí se deslocaram da Amazônia em direção ao sudoeste do continente até o Trópico de Capricórnio, e lá uma parte dessa população rumou para o leste dando origem aos Tupí costeiros, e outra permaneceu no oeste originando as população Guaraní. De acordo com essa hipótese, os Tupí eram caçadores-coletores que se dispersaram para outra região do continente devido a mudanças climáticas que reduziram a região de floresta tropical. De acordo com a segunda hipótese, os dois ramos do Tupí (sul e costeiro), teriam se separado ainda na Amazônia, e rumado de maneira independente para sul e leste. Neste contexto, esses grupos Tupí seriam ceramistas e agriculturalistas incipientes que saíram da Amazônia em busca de terras de várzea férteis. A hipótese da separação ainda na Amazônia é evidenciada pelas diferenças na confecção de cerâmicas pelos dois grupos Tupí em relação aos grupos ceramistas Tupí amazônicos.

Figura 1. Hipóteses sobre a expansão dos povos Tupí a partir da Amazônia.

Nossos dados corroboraram a segunda hipótese,segundo a qual os falantes do Tupí eram agricultores incipientes e se expandiram da Amazônia em busca de novas terras para cultivar, movendo-se para o leste até a foz do rio Amazonas e depois seguindo a costa atlântica brasileira. De forma independente, uma segunda expansão foi para o sul e teria originado os povos Guaraní do Sul do Brasil, Paraguai e Argentina. Nossos resultados também apontaram para uma migração antiga da Mesoamérica para as terras baixas da América do Sul, e que provavelmente foi importante para diferenciar os Tupí do Sul (Guaranís do Brasil, Paraguai e Argentina) dos outros grupos Tupí (Amazônicos e remanescentes costeiros). Essa migração provavelmente ocorreu há cerca de 1500 anos, contudo não necessariamente representa uma ligação direta entre estas duas regiões, podendo indicar que o isolamento entre as populações Andinas e das terras baixas ao leste não fosse absoluto.

Nosso estudo recuperou a história milenar de populações indígenas brasileiras virtualmente extintas durante a colonização europeia. Ao estudar as informações genômicas desses indivíduos, fomos capazes de reconstruir a história antiga e recente destes povos, ainda hoje continuamente ameaçadas de extinção e pelo apagamento de suas culturas e identidades.

Marcos Araújo Castro e Silva

Tábita Hünemeier

IB/USP

PARA SABER MAIS:

Salzano FM (2019) The Amerindian Microcosm: Anthropology, Comparative History, Ecology, Genetics and Evolution. Cambridge Scholars Publishing, 607 pp.

Fonte da Imagem de abertura: Retrato de indígenas brasileiros

O que a evolução do córtex de hominíneos tem a ver com a duplicação de pedaços de cromossomos?

Ao estudar novos genes que surgiram em nossa linhagem, cientistas estão desvendando como o seu surgimento pode ter influenciado o tamanho do nosso cérebro.

Na história do estudo do cérebro, não há estrutura mais estudada do que o córtex cerebral. Uma das razões é que o nosso córtex cerebral é particularmente grande quando comparado ao de outros grandes primatas. É no córtex que acontece boa parte do processamento necessário para a nossa cognição. Assim, entender de onde vem esse córtex diferente que nós temos pode ajudar a explicar as origens desse macaco pensador. Mas até muito recentemente, nós não tínhamos muitas pistas sobre os mecanismos que levaram ao desenvolvimento deste córtex maior. Tudo mudou quando descobrimos, há menos de dez anos, algumas duplicações de pedacinhos de nossos cromossomos. Mas para entender a importância destes pedacinhos, precisamos primeiro olhar como se forma o córtex cerebral.

O córtex cerebral, como qualquer outra estrutura do sistema nervoso central, se forma a partir do tubo neural.  O tubo neural é um folheto de células em divisão. Em um primeiro momento, estas células se dividindo não se diferenciam, são células tronco neurais, com capacidade de originar neurônios e células da glia.  Depois de um tempo, algumas células deixam o ciclo celular, começam a se diferenciar e migram das porções mais internas do tubo em direção ao seu exterior

Figura 1: Representações do desenvolvimento do córtex em três momentos. À esquerda, a placa cortical mais jovem, no qual as células são, em sua maioria, células tronco neurais, próximos ao centro do tubo (abaixo). Quanto mais progride o desenvolvimento, mais células param de se dividir e se diferenciam em neurônios (acima). Esta migração contínua de novas células acaba por aumentar a espessura do córtex.

Durante o desenvolvimento, as paredes do tubo neural vão ganhando espessura, acrescentando mais e mais camadas. Após a sua migração, parte das células se diferencia em neurônios e outra parte em células da glia. Os neurônios então começam a emitir prolongamentos que podem se conectar com alvos próximos ou muito distantes. É por conta destas conexões à distância que se forma o que chamamos de substância branca, grandes regiões do nosso cérebro dedicadas à passagem de cabos conectores, os axônios.  Todos estes fenômenos podem levar a um córtex maior. Se cada célula tronco neural se dividir mais vezes, gerando mais neurônios e/ou glia, estas células a mais ocuparão mais espaço. Se os neurônios formarem mais conexões, elas ocuparão mais volume e a substância branca irá também aumentar. Muitas espécies de mamíferos possuem um córtex tão grande e extenso que ele se acomoda à caixa craniana por meio de dobras em estruturas que chamamos de sulcos e giros. Qualquer modificação na expressão de moléculas que regulem estes fenômenos tem o potencial de gerar uma catástrofe, como malformações cerebrais, mas também modificações que são novidades sobre as quais a seleção natural pode operar, levando a alterações, por exemplo, na capacidade cognitiva da espécie.

As técnicas de sequenciamento de DNA sofreram uma grande revolução no começo deste século com a chegada das técnicas de sequenciamento de nova geração, do inglês next generation sequencing. Nesta tecnologia, o genoma é quebrado em pequenas sequências de DNA que são sequenciadas várias vezes. Nestas várias vezes, a mesma sequência aparece às vezes associada com nucleotídeos mais abaixo na cadeia e às vezes com nucleotídeos mais acima. Combinando a informação sobre estas relações de vizinhança, podemos montar um quebra cabeça para obter a sequência toda. Obviamente ninguém monta um genoma com bilhões de nucleotídeos no olho. Para isso, um grande esforço de desenvolvimento de ferramentas de bioinformática foi criado. Mas mesmo com todas estas ferramentas, o montar do quebra cabeça pode ser especialmente desafiador quando estas sequências são muito repetitivas ou duplicadas. Uma das soluções foi voltar a técnicas antigas para realizar o sequenciamento de cadeias de nucleotídeos longas. A outra foi investir em algoritmos melhores, à medida que fomos aprendendo sobre estas falhas. Assim, apesar de termos o primeiro genoma humano desde 2003, foi somente em 2014 que conseguimos detectar duplicações de um grupo importante de genes para os nossos cérebros. E esses genes duplicados deram o que falar.

Hoje em dia, além de termos muitos genomas de seres humanos sequenciados, temos também genomas de grandes macacos, como chimpanzés e gorilas, e grandes pedaços de genomas de hominíneos extintos, como Neandertais. A partir da comparação entre estes genomas, podemos detectar quais genes foram duplicados em nossa linhagem. Dentre os genes encontrados, alguns são expressos durante o desenvolvimento do córtex cerebral e são, assim, possíveis fontes de novidades evolutivas nessa estrutura. Isso porque hoje sabemos que o gene duplicado não sofre as mesmas pressões seletivas para manter as funções desempenhadas pelo gene ancestral. Nele pode haver modificações que eventualmente criem uma nova função. Mas o simples fato de o gene novo ser expresso em um córtex diferente não quer dizer que um causou o outro. E é aí que entram os experimentos que testam a função do gene.

Mas aqui esbarramos em um problema. Como testar o efeito de um gene novo para hominíneos se é eticamente inaceitável realizar um teste da sua função em um embrião humano? Para isso, criamos modelos que se aproximam o máximo possível do que sabemos sobre o desenvolvimento do córtex cerebral em humanos. Tomemos então aqui como exemplo o estudo de um dos genes identificados como potencial novidade na evolução do córtex cerebral, que foi chamado de ARHGAP11B. Este gene não está presente em nenhum dos grandes primatas, mas está presente em Neandertais, hominíneos de Denisova e todos os humanos modernos. O ARHGAP11B é o produto da duplicação parcial do gene ARHGAP11A. A enzima ARHGAP11A, resultante da transcrição e tradução do gene de mesmo nome, é uma enzima envolvida na sinalização intracelular. Mas ARHGAP11B perdeu esta função, pois graças à substituição de uma única citosina por uma guanina, criou-se um novo sítio para splicing que acaba por remover 55 nucleotídeos originais de seu RNA mensageiro. Esta mudança acabou por gerar uma parte completamente nova desta proteína, que perdeu sua atividade enzimática original, mas ganhou uma nova função.

Para descobrir que função é esta, Marta Florio e seus colaboradores se perguntaram se este gene específico de humanos, quando expresso em células tronco neurais do córtex cerebral em formação de camundongos, teria algum efeito. Os pesquisadores promoveram, então, a expressão artificial de ARHGAP11B no cérebro de embriões de camundongo. O que eles observaram foi que, na presença de ARHGAP11B, as células tronco neurais se dividem mais e o córtex cerebral ganha sulcos e giros, que não existem no cérebro liso desses animais. Assim, o uso de embriões de camundongo como modelo sugere indiretamente que a função nova de ARHGAP11B pode ter contribuído para a expansão do córtex de hominíneos.

Mas será que o efeito observado é uma propriedade única da expressão artificial em células de camundongo? O que aconteceria se ele fosse expresso nas células de um primata? Aí entra uma nova corrida tecnológica. A criação de um modelo animal, que atenda requisitos de um animal de laboratório, mas que seja um primata. Para isso, a espécie escolhida foi Callithrix jacchus (o sagui, ou sorin, para nós aqui no RN). Para conseguir saguis expressando ARHGAP11B, este mesmo grupo injetou um lentivírus contendo o gene e sua região regulatória em óvulos fertilizados. Assim, eles obtiveram embriões em que o gene foi incorporado ao genoma. Após isso, os embriões foram transferidos para fêmeas para a gestação. Os embriões que receberam o gene com sucesso apresentaram ampliação no número de células tronco neurais, de novos neurônios e formaram sulcos e giros no córtex cerebral, que em saguis também é liso. Assim, as evidências indiretas da participação de ARHGAP11B na expansão cortical se acumulam. A proteína possui efeitos semelhantes em progenitores corticais de espécies diferentes, não parecendo ser esta observação apenas um efeito colateral do modelo. ARHGAP11B se soma a outros genes novos de hominíneos que atuam no desenvolvimento cortical, como NOTCH2NL, cuja duplicação também causou o aumento no número de divisões que as células tronco neurais fazem, e SRGAP2C, que se tornou um inibidor da proteína produzida pelo gene original (que é um inibidor de sinapses e ramificações de neurônios). Como SRGAP2C é um inibidor de uma proteína inibidora da formação de sinapses, ela acaba sendo um estimulador de sinapses. Todos estes genes estavam presentes em Neandertais e hominíneos de Denisova. Por isso, é difícil acomodar na hipótese molecular atual a ideia preconceituosa de que nós seríamos intelectualmente superiores ou mesmo teríamos um córtex mais avantajado do que os hominíneos com os quais convivemos no último milhão de anos.

Eduardo Sequerra (UFRN)

PARA SABER MAIS:

Marta Florio, Victor Borrell e Wieland Huttner (2017) Human-specific genomic signatures of neocortical expansion. Current Opinion in Neurobiology

Os desafios da hidra

As hidras mostram que sua constância morfológica é um redemoinho de células modulado pelo diálogo de seu genoma com o ambiente. E nos desafiam novamente a repensar conceitos.

Em 1741, o naturalista suíço Abraham Trembley descreveu uma pequena criatura que habitava lagos e rios da Europa. Ela era verde, tinha forma de tubo e passava a maior parte do tempo agarrada ao substrato, como uma alga. Mas às vezes se soltava e caminhava lentamente para um novo local, dando graciosas cambalhotas. Tinha tentáculos delicados na parte de cima que variavam em número entre diferentes indivíduos, algo incomum para uma espécie de animal.

Trembley não tinha certeza se a criatura era uma planta ou um animal. Para responder essa dúvida, ele fez um experimento, método que só viria a ser comum em biologia mais de um século depois. Ele cortou a criatura ao meio e elaborou uma hipótese: se fosse um animal, morreria; se fosse uma planta, brotariam dois novos indivíduos. Após alguns dias, cada parte da criatura cortada ao meio gerou dois indivíduos completos (Figura 1). E quando cortada em quatro partes também. Não importando se eram pedaços grandes ou pequenos, cortes verticais ou horizontais, sempre se regeneravam organismos completos de cada fragmento.

Trembley concluiu que era uma planta. Mas sua conclusão ruiu quando observou um indivíduo capturar e comer uma presa. Tratava-se de um animal com capacidades extremas de regeneração. Linnaeus batizou o animal de Hydra, em referência ao mito grego de Hidra de Lerna, um monstro marinho capaz de regenerar uma nova cabeça cada vez que era cortada (foi finalmente derrotado por Héracles com a ajuda de um cauterizador).

Figura 1: Estátua de Héracles lutando contra Hidra de Lerna, no Louvre, em Paris (esquerda); Uma Hydra cortada em duas partes regenera dois indivíduos completos (esquerda).

A pequena Hydra de Trembley foi mais que uma curiosidade para ciência do século XVIII. Foi uma monstruosa anomalia para as teorias preformistas apoiadas na visão mecanicista do animal máquina. Para os preformistas, a forma do animal adulto preexistia miniaturizada em ovos ou espermatozoides. Não havia verdadeira geração da forma, mas simplesmente crescimento. A hidra desafiava essa concepção ao gerar novos indivíduos a partir de diferentes partes. Um século depois, o preformacionismo foi completamente abandonado e a visão de que a forma dos animais é construída durante o desenvolvimento embrionário se tornou um consenso.

As hidras são cnidários, como os corais, anêmonas e águas-vivas. Na biologia contemporânea, ela se tornou um organismo-modelo para estudar os mecanismos celulares e moleculares que controlam a capacidade de regenerar partes e órgãos. As células de seu corpo, ao contrário das nossas, estão todas constantemente se dividindo e substituindo as antigas, em uma contínua recriação corporal. Células que se dividem na região central se movem continuamente em direção às extremidades, seguindo gradientes moleculares de proteínas na cabeça e na base do corpo. Quando cortada ao meio, a hidra regenera uma cabeça no lado que tinha maior concentração da proteína produzida na região da cabeça, coordenando assim a reconstrução do eixo corporal.

A proteína secretada por células na região da cabeça foi chamada de WNT e ativa a produção de outras proteínas nas células vizinhas. O número variável de tentáculos é uma indicação da potência da atividade de WNT. Quando uma molécula sintética que ativa a via de WNT é colocada na água, as hidras desenvolvem tentáculos em todo o corpo (Figura 2).  Um estudo publicado esse mês por cientistas alemães mostrou que o gradiente molecular de WNT depende também de fatores abióticos e bióticos. Indivíduos criados a 12°C desenvolvem em média 40% menos tentáculos do que indivíduos criados a 18°C, e indivíduos que tiveram as bactérias simbióticas da pele eliminadas pela aplicação de antibióticos desenvolvem quatro vezes mais tentáculos. Mostraram ainda que temperatura e bactérias influenciam diretamente onde se expressam genes do genoma da hidra.

Figura 2: Expressão de WNT na região apical de uma Hydra (esquerda); Plasticidade de uma Hydra exposta a diferentes temperaturas.

A biologia moderna frequentemente descreve o desenvolvimento embrionário como um processo controlado autonomamente pelo genoma em direção a um estado adulto estável. O ambiente é visto como condição de fundo ou fonte de ruído de um processo que é controlado internamente. Mas as hidras mostram que sua constância morfológica é um redemoinho de células modulado pelo diálogo de seu genoma com o ambiente.  E nos desafiam novamente a repensar conceitos.

João Francisco Botelho (PUC de Chile)

Para saber mais

Gilbert, Scott F., Thomas CG Bosch, and Cristina Ledón-Rettig. “Eco-Evo-Devo: developmental symbiosis and developmental plasticity as evolutionary agents.” Nature Reviews Genetics 16.10 (2015): 611-622.

Taubenheim J, Willoweit-Ohl D, Knop M, Franzenburg S, He J, Bosch TCG, et al. Bacteria- and temperature-regulated peptides modulate β-catenin signaling in Hydra. Proc Natl Acad Sci U S A. 2020;117(35):21459-68.

Vogg, Matthias C., Brigitte Galliot, and Charisios D. Tsiairis. “Model systems for regeneration: Hydra.” Development 146.21 (2019).

Proteção dos polinizadores e sustentabilidade: objetivos que se cruzam

A polinização realizada por animais é um serviço ecossistêmico essencial para sustentabilidade do planeta e da vida humana. A proteção dos polinizadores nos permitirá alcançar a maioria dos objetivos de desenvolvimento sustentável da Agenda 2030 das Nações Unidas.

A polinização, que consiste na transferência do pólen das anteras (parte masculina da flor) para o estigma (parte feminina), é a primeira fase do processo da reprodução sexuada das plantas terrestres com flores, sem a qual não haveria frutos, sementes e novas plantas. Essa transferência pode ocorrer por meio de agentes bióticos e abióticos, mas são os agentes bióticos – animais vertebrados e invertebrados – os principais vetores de pólen, ou polinizadores. Aproximadamente 90% das plantas terrestres e 75% dos principais cultivos agrícolas depende, de alguma forma, do serviço realizado pelos polinizadores, sendo a polinização animal considerada um serviço ecossistêmico chave para a sustentabilidade do planeta e para a vida humana.

Nesse sentido, a proteção dos polinizadores e do serviço de polinização é amplamente reconhecida como medida necessária para garantir a segurança alimentar e manter a vida na Terra, o que os relaciona diretamente a dois dos 17 objetivos do desenvolvimento sustentável (ODS) – ODS 2 – ‘fome zero’ e  ODS 15 – ‘vida em terra’ –, que são parte deuma agenda acordada pelos países signatários das Nações Unidas visando promover o trabalho conjunto de toda a sociedade para um mundo mais justo, igualitário e sustentável. Esta é uma agenda a ser alcançada até 2030, que envolve desde a eliminação de males como a fome e a pobreza à eliminação do medo e da violência, dentre outras medidas necessárias à garantia de vida digna para todos os seres vivos do planeta.

Contudo, Jeff Ollerton, professor da Universidade de Nottingham, no Reino Unido,  recentemente chamou atenção em seu blog para o fato de que o papel dos polinizadores, assim como suas interações com as plantas, está sendo subestimado ao relacioná-los apenas aos ODS 2 e 15. Para Ollerton, direta ou indiretamente, a biodiversidade e, em particular, as interações entre plantas e polinizadores se relacionam com pelo menos 12 dos 17 ODS. Portanto, isso precisa ser explicitado com mais frequência e com maior ênfase do que é atualmente, para demonstrar a grande importância desses animais na garantia da nossa sobrevivência.

Os argumentos de Ollerton baseiam-se no fato de que, como a sobrevivência a longo prazo de quase todas as  plantas terrestres depende dos polinizadores,  e estas  dominam a maioria dos habitats terrestres – de 40 até 50% em áreas temperadas e  até 90 a 100% em habitats tropicais – formando a base da maioria das cadeias alimentares terrestres, a viabilidade e sustentabilidade a longo prazo de grande parte da biodiversidade da Terra podem ser ligadas, direta ou indiretamente, aos polinizadores. Isso vale também para os biomas marinhos costeiros, que recebem uma entrada significativa de energia e nutrientes dos habitats terrestres, o que também relaciona esses animais ao ODS 14 – Vida na água.

À luz desses argumentos é possível analisar como os polinizadores e a polinização estão conectados aos demais ODS, a partir de uma visão sistêmica dos processos envolvidos em cada um desses objetivos.

Podemos então começar pela produção de alimentos, na qual os polinizadores desempenham papel crucial. Essa perpassa por dois eixos centrais estabelecidos pela Organização das Nações Unidas para a Agricultura e Alimentação, que são a segurança e soberania alimentares. A segurança alimentar existe quando os povos, em qualquer tempo, têm acesso físico e econômico a alimentos saudáveis, que atendam às suas necessidades para uma vida ativa e saudável. Quando adicionamos o conceito de soberania à essa lógica, o mesmo destaca a importância de os povos escolherem os modos de produção de alimento, considerando os saberes tradicionais, a maximização dos serviços ecossistêmicos e a diminuição da distância entre produtores e consumidores finais. Esses conceitos estão ligados de forma direta aos polinizadores e suas interações com as plantas, visto que há evidências da contribuição desses animais para o aumento da produtividade agrícola, especialmente para aquelas culturas consideradas fontes primárias de nutrientes essenciais para os humanos. Essa contribuição é maximizada com o uso de práticas agrícolas sustentáveis, de baixo impacto à biodiversidade, por garantirem estabilidade na abundância e na riqueza dos polinizadores e no serviço de polinização. Essas práticas, que incluem medidas que protegem à biodiversidade, como redução ou eliminação do uso de agrotóxicos, diversificação de cultivos  e proteção de habitats naturais no entorno dos cultivos, estão alinhadas aos conceitos de segurança e soberania alimentares, contemplando, desse modo, não apenas  o ODS 2  – erradicação da fome e agricultura sustentável – mas também  o ODS 3saúde e bem-estar das populações humanas.

Aos ODS 2 e 3, podemos agregar os ODS 1 e 8, que consistem na erradicação da pobreza e no trabalho decente e crescimento econômico, respectivamente, pois sabemos que a adoção de práticas agrícolas sustentáveis proporcionam melhores condições de vida no campo, criando maior número de nichos de trabalho e mais oportunidades  de emprego para populações que se encontram em condição de vulnerabilidade socioeconômica. Estratégias que visam ressignificar espaços urbanos ou rurais historicamente submetidos a processos de precarização, envolvendo os atores sociais locais, têm se mostrado um caminho de enfrentamento da pobreza e inclusão social e econômica dessas populações. A qualificação desses atores para práticas de produção agrícolas de baixo impacto à biodiversidade cria oportunidades de sinergias entre políticas públicas de enfrentamento a problemas associados à tríade econômica, social e ambiental, promovendo espaços de discussões e ações mais sistêmicas para a construção de soluções respaldadas na conservação e no uso sustentável dos recursos naturais. Associando-se essas soluções a um maior protagonismo de populações historicamente vulneráveis, pode-se assim ajudar na redução das desigualdades (ODS 10). Um exemplo de promoção dessas sinergias pode ser vista na iniciativa dos Quintais Produtivos Agroecológicos no município de Marituba, Região Metropolitana de Belém, que levou, através de capacitações para as populações de baixa renda,  a uma mudança nas esferas econômica, social e ambiental, criando um cenário propício de sinergias de ações em prol do desenvolvimento sustentável, com uma rede potencial de benefícios para os polinizadores e o serviço de polinização. Outro cenário muito favorável ao enfrentamento da pobreza e à geração de emprego e renda diz respeito às atividades de criação de abelhas. Trata-se de uma prática secular e que tem muita relação com a interação do conhecimento tradicional com o conhecimento científico, criando caminhos para ressignificar espaços, de forma que sejam propícios para a criação dessas abelhas, fornecendo produtos comercializáveis, como pólen, mel, cera e própolis. Pode-se, assim, aumentar a autonomia financeira de apicultores (profissionais que criam a espécie Apis mellifera) e meliponicultores (criadores de abelhas nativas sem ferrão), além de contribuir para a conservação dessas espécies em seus locais naturais de ocorrência.

As contribuições dos polinizadores no combate às mudanças climáticas (ODS 13) também são claras, mesmo que de forma indireta, por meio da polinização das plantas terrestres. Afinal, uma das principais estratégias nesse combate está relacionada à proteção e recuperação da vegetação, dado o seu importante papel na fixação de estoques de carbono e na regulação climática. As previsões mais recentes do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC) apontam para aumento de temperatura global de até 4ºC, até o ano de 2050, sendo que devemos perseguir o objetivo de não ultrapassar 1,5ºC, uma vez que, com tal aumento, além dos prejuízos na agricultura, seriam potencializados efeitos que já temos sentido hoje em alguns grandes centros urbanos, como aumento das ondas de calor, aumento nos níveis dos oceanos, enchentes causadas pelas mudanças nos regimes pluviométricos e problemas diretos e indiretos na saúde humana. Nos ambientes rurais, a proteção se dá por meio do combate ao desmatamento e às queimadas, pelo estabelecimento de Reservas legais (RL) e Áreas de Proteção Permanentes (APP) e desenhos de paisagens agrícolas heterogêneas. Nas cidades,  a recomendação é a criação de uma infraestrutura verde, com parques urbanos, canteiros urbanos com plantas alimentícias e medicinais, tetos verdes, áreas de proteção ambiental, quintais produtivos e hortas urbanas. Os polinizadores são esses essenciais para manutenção dessa infraestrutura verde, cujo planejamento deve também dialogar com outras políticas de planejamento urbano, de forma a criar políticas Inter setoriais em prol da mudança de concepção de uma cidade produtiva, adotando modelos de desenvolvimento sustentável que atendam às aspirações das comunidades atuais e futuras, tornando possível alcançar, assim, as metas do ODS 11, cidades e comunidades sustentáveis. Em ambos os cenários, campo e cidade, a manutenção da vegetação traz benefícios claros para a biodiversidade, saúde humana, diminuição das ondas de calor, fornecimento de alimentos, além de criar cenários de maior capacidade de absorver os gases do efeito estufa e diminuir os impactos das chuvas sobre os solos, sendo um caminho promissor no enfrentamento de enchentes e deslizamentos de terras.

Ainda na perspectiva mais sistêmica do significado dos polinizadores e do serviço de polinização para a vida no planeta, os ODS, água potável e saneamento (6), vida na água (14) e vida na terra (15) nos colocam diante de mais um cenário oportuno para discutir os benefícios dos polinizadores. Como mencionado no início do texto, cerca de 90% de todas as plantas terrestres com flores dependem de um animal polinizador para cumprir a primeira etapa de seu ciclo reprodutivo. Essa vegetação acima do solo mantém redes complexas de interações com diversos outros animais, com fungos, bactérias, protozoários, algas, além de outras plantas. O fluxo de matéria e energia nos ambientes terrestres está pautado, primariamente, na regulação de conversão da matéria inorgânica em complexas biomoléculas que sustentam essas redes de interação, afetando todas as espécies que habitam o planeta. Às margens dos rios, essa vegetação, denominada mata ciliar ou mata de galeria, tem a importante função de regular a entrada de nutrientes que chegam do ambiente terrestre, impedindo potencial eutrofização (i.e. aumento da quantidade de nutrientes) desses corpos d’água, além de estabilizar o sedimento, reduzindo a probabilidade de assoreamento desses rios. O resultado é, além da preservação dos organismos que vivem associados a esses corpos d’água, a manutenção de uma água de qualidade que pode chegar à casa do consumidor final, com um custo total de tratamento reduzido, com impactos claros na economia e na saúde das populações. Quando consideramos os sistemas socioecológicos, a presença de certas espécies vegetais pode também estar associada não apenas à alimentação humana, como a uma grande diversidade de práticas religiosas, principalmente de matriz indígena e africana, que possuem uma relação sacralizada de milênios com espécies vegetais, garantindo a manutenção da herança cultural desses povos. Manter essa vegetação requer a presença de polinizadores realizando o fluxo polínico e contribuindo para o ciclo reprodutivo dessas espécies.

 As mudanças necessárias para alcançar esses objetivos também perpassam por uma necessidade mais elementar, que consiste na criação de espaços formais e informais de educação, que possam despertar o interesse da sociedade e contribuam na formação de cidadãos críticos e conscientes do seu papel na sociedade. O ODS 4, educação de qualidade, está conectado com todos os demais objetivos, visto o papel basilar da educação em prol da ressignificação de valores e promoção de um ideal de sociedade que promova justiça social e crescimento econômico pautado em desenvolvimento sustentável, o que já incorpora as dimensões social e ambiental. A construção desse pensamento sistêmico deve partir de modelos de educação que estimulem o pensamento crítico e a visão holística dos sistemas socioecológicos, considerando as especificidades de contextos regionais, estimulando a ativa participação de estudantes na proposição de soluções para os problemas que envolvem a conservação dos polinizadores e o serviço de polinização. Por ter várias conexões com distintas áreas do conhecimento, os polinizadores e o serviço de polinização pode inspirar a criação de múltiplas situações de ensino e aprendizagem, que coloquem o(a) estudante em uma posição mais ativa na resolução de problemas reais da sociedade em que se insere.  Entre esses temas, encontramos o déficit de polinização em função do declínio de polinizadores; uso de agrotóxicos para controle de pragas e doenças; desmatamento, sob a alegação da ampliação das fronteiras agrícolas; prática da meliponicultura e transporte ilegal de espécies. Estes são alguns dos problemas socioambientais atuais que podem ser abordados em sala de aula, por meio de questões sociocientíficas (QSC), estimulando estudantes a se posicionarem diante de cenários controversos que envolvam posturas éticas, mudanças de comportamento e reflexões sobre consumo e produção sustentável (ODS 12).

Os polinizadores, principalmente as abelhas, também têm sido ao longo da história e em todo o mundo fontes de inspiração nas artes plásticas, no cinema, na literatura, na música, atividades que geram emprego e promovem a cultura (ODS 8 – trabalho decente e crescimento econômico).  Três abelhas, retratadas em vitrais, esculturas e pinturas nos museus de Roma, eram símbolo da família Barberini, do Papa Urbano VIII, dentre outros inúmeros exemplos. Mais recentemente conhecimentos tradicionais sobre abelhas foram tema de um belíssimo documentário indicado ao Oscar em 2020, Honeyland, que narra a história de uma caçadora de abelhas no leste europeu e sua relação harmoniosa com esses insetos.  Na literatura, um bom exemplo é  A vida secreta das abelhas, da escritora Sue Monk Kidd,  um livro que também foi adaptado para o cinema e conta  a história de uma adolescente que  desvenda mistérios sobre a sua vida por meio da prática da apicultura. A música popular brasileira também está recheada de exemplos, como As Abelhas, de Vinicius De Moraes e Luis Enrique Bacalov; Morena Tropicana, de Alceu Valença; Mel, de Caetano Veloso, dentre outras. 

Assim como as artes e a cultura, a Indústria, Inovação e infra-estrutura (ODS 9) também podem beneficiar-se dos polinizadores, como mostram alguns exemplos recentes. Na Expo Milão 2015, o design do pavilhão do Reino Unido, idealizado por  Wolfgang Buttress,  foi inspirado em uma colmeia, tendo sido batizada com esse nome. Na tecnologia robótica, pesquisadores da Universidade de Harvard estão desenvolvendo um projeto de um RoboBee, cujo objetivo é produzir um enxame de robôs voadores totalmente autônomo, inspirado nas abelhas, para aplicações como busca e salvamento, vigilância e polinização artificial.

Como vimos acima, os polinizadores silvestres e manejados, juntos, oferecem muitos benefícios para a humanidade e para o planeta. Ações de uso sustentável e conservação desses animais é uma via que os países podem seguir para alcançar objetivos e metas da Agenda 2030. Contudo, é necessário que essas ações sejam integradas, sistematizadas e traduzidas em políticas e diretrizes que visem, dentre outras: estabelecer padrões regulatórios mais rigorosos para liberação dos agrotóxicos; promover o manejo integrado de pragas que atacam os cultivos; regular e fiscalizar o transporte de polinizadores manejados, para evitar os prejuízos relacionados às espécies invasoras, como doenças e perda da variabilidade genética; incentivar o uso de práticas agrícolas de baixo impacto, amigáveis à biodiversidade, para ajudar os agricultores a se beneficiarem dos serviços ecossistêmicos ao invés  de agroquímicos; reconhecer a polinização como um insumo agrícola, relacionando-a  à produtividade dos cultivos; apoiar sistemas agrícolas diversificados; conservar e restaurar a “infraestrutura verde”, aumentando as chances de os polinizadores se moverem entre paisagens agrícolas e urbanas; desenvolver monitoramento de polinizadores e polinização de longo prazo; financiar pesquisas participativas para melhorar os rendimentos na agricultura orgânica, diversificada e ecologicamente intensificada, ou seja, uma agricultura pautada em práticas de manejo capazes de manter a biodiversidade e os serviços ecossistêmicos dentro das áreas produtivas. Essas ações exigem dos governos um esforço de pensar as políticas intersetoriais de forma integrada, promovendo sinergias de ações que perpassem por todos os eixos dos ODS. As grandes dimensões do desenvolvimento sustentável – econômica, social e ambiental – precisam ser pensadas de forma articulada, conforme agendas de curto, médio e longo prazo, buscando soluções para os problemas socioambientais de forma responsável e planejada, a partir de uma visão sistêmica dos sistemas socioecológicos. A conservação dos polinizadores e do serviço de polinização é um caminho que pode guiar a construção dessas agendas mais integradas.

Blandina Felipe Viana (Instituto de Biologia, IBUFBA)

Jeferson Gabriel Coutinho (Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Bahia, IFBA)

Para saber mais:

BPBES/REBIPP (2019). Relatório temático sobre Polinização, Polinizadores e Produção de Alimentos no Brasil. Marina Wolowski; Kayna Agostini; André Rodrigo Rech; Isabela Galarda Varassin; Márcia Maués; Leandro Freitas; Liedson Tavares Carneiro; Raquel de Oliveira Bueno; Hélder Consolaro; Luisa Carvalheiro; Antônio Mauro Saraiva; Cláudia Inês da Silva. Maíra C. G. Padgurschi (Org.). 1ª edição, São Carlos, SP: Editora Cubo. 184 páginas. http://doi.org/10.4322/978-85-60064-83-0

CBD/COP/DEC/14/6 (2018). Decision Adopted by the Conference of the Parties to the Convention on Biological Diversity. https://www.cbd.int/doc/decisions/cop-14/cop-14-dec-06-en.pdf

DICKS LV, et al. (2016). Ten policies for pollinators. Science Science. 354, 14–15. http://doi.org/10.1126/science.aai9226

IPBES (2016). The assessment report of the Intergovernmental Science-Policy Platform on Biodiversity and Ecosystem Services on pollinators, pollination and food production. S.G. Potts, V. L. Imperatriz-Fonseca, and H. T. Ngo (eds). Secretariat of the Intergovernmental Science-Policy Platform on Biodiversity and Ecosystem Services, Bonn, Germany. 552 pages. https://doi.org/10.5281/zenodo.3402856

Link para download de cartilhas, e outros materiais de divulgação cientifica, sobre polinização e polinizadores, em português: https://www.mma.gov.br/publicacoes/biodiversidade/category/57-polinizadores.html

O que será da ciência sem o seu chão de fábrica?

Todo ano, programas de pós-graduação do Brasil repetem uma tarefa recompensadora: a seleção de uma tese de doutorado que representará o seu programa no prêmio CAPES de tese. No programa de Pós-graduação em Ciências Biológicas (Biologia Genética) do Instituto de Biologia da USP, três teses defendidas em 2019 cativaram a comissão de seleção. Uma das teses descreve o uso do vírus Zika para o desenvolvimento de um tratamento para tumores embrionários do sistema nervoso central, a principal causa de morte relacionada ao câncer infantil. Outra tese mostra o processo de produção em laboratório de fígados humanos funcionais usando bioimpressão em três dimensões e células tronco como uma alternativa para pacientes em fila de espera de transplante de fígado. Uma terceira tese mostra como efeitos genéticos interagem para formar um padrão de variação de características complexas e como esse padrão evolui sob seleção. Essas três teses são uma pequena amostra das milhares que foram defendidas em todo o país apenas no ano de 2019. São pesquisas desenvolvidas por estudantes de pós-graduação durante sua formação, e que podem contribuir para a construção do conhecimento científico (pesquisa básica), mas também permitem o desenvolvimento de tecnologias na indústria, melhoria da saúde e bem-estar, e criação de políticas públicas.

O Brasil ocupa o 13º lugar no mundo em termos de produção de artigos científicos. Somente em 2018, pesquisadores brasileiros publicaram mais de 50.000 artigos, como descrito em um relatório da empresa Clarivate Analytics encomendado pela Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES). Esse mesmo relatório revela que as universidades públicas são a principal fonte de publicações de pesquisas no Brasil. As 15 universidades com maior produção de pesquisa, todas públicas, produzem mais de 60% da produção total de pesquisa nacional. Estima-se que 80% dessa produção é realizada no contexto dos programas de pós-graduação. O protagonismo do país na produção científica em diversas áreas se deve em grande parte aos esforços dos alunos de mestrado e doutorado. Mesmo tendo papel essencial para o desenvolvimento científico, está cada vez mais difícil atrair e manter os estudantes em sua vocação.

Os estudantes que desenvolvem os projetos científicos estão matriculados em cursos de Pós-graduação Stricto Sensu, que compreende os cursos de mestrado e de doutorado. Durante o curso de mestrado ou de doutorado, os estudantes cursam disciplinas, mas passam a maior parte do tempo (24 a 36 meses para mestrado e 48 a 60 meses para o doutorado) desenvolvendo seu projeto de Dissertação ou Tese. As exigências dos cursos raramente permitem um vínculo empregatício e a única fonte de renda da maioria dos estudantes é a bolsa de estudos concedida por uma agência de fomento à ciência, a qual não pode ser acumulada com a maioria das atividades com remuneração. Em um post anterior aqui no Darwinianas comentei sobre as diferentes agências de fomento à pesquisa atuantes no Brasil. No Brasil, a CAPES e o Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) são os principais financiadores de bolsas de pós-graduação. Um estudante em um curso de mestrado pode receber recebe R$ 1.500,00 da CAPES ou do CNPq e um estudante matriculado em um curso de Doutorado uma bolsa de R$ 2.200,00. O último reajuste no valor dessas bolsas ocorreu em 1º de abril de 2013. Em sete anos não houve sequer correção da inflação. Como não tem vinculo empregatício, o estudante não tem direito a férias remuneradas, 13º salário, seguro saúde, ou fundo de garantia. Como se já não bastasse o baixo valor das bolsas e o trabalho precário, há um grande contingente de estudantes cursando a pós-graduação, realizando pesquisa, porém sem receber bolsa. Infelizmente, esse número de pós-graduandos que não são pagos só tem aumentando nos últimos anos. Usufruir de uma bolsa enquanto trabalha para ciência e geração de riquezas para o país está se tornando exceção para o chão de fábrica da ciência.

Até 2015, o número de bolsas de pós-graduação vinha aumentando gradualmente. Em 2005, mais de 27 mil estudantes foram contemplados com bolsas da CAPES (dados do GEOCAPES). Em 2015, mais de 92 mil estudantes recebiam bolsas. Mesmo com o aumento, ainda havia um grande déficit de estudantes atendidos pela CAPES, mesmo com as bolsas oferecidas pelo CNPq e pelas agências estaduais. Em seu auge, o CNPq oferecia 38.339 bolsas. De 2015 para cá, a redução do investimento em ciência assusta os cientistas em formação e seus supervisores. Desde 2019, os cortes de bolsa resultantes de mudanças de regra de distribuição se tornaram comuns. Em 9 de maio de 2019, 3.474 bolsas foram “contingenciadas” e pouco tempo depois, em 4 de junho, mais 2.724 bolsas foram bloqueadas. Em 2 de setembro, outras 5.613 bolsas foram congeladas. Ainda em setembro, houve a devolução de 3.182 dessas bolsas para cursos mais bem avaliados, sem recuperar o número de bolsas do ano anterior (92.008 bolsas). As bolsas cortadas pertenciam a estudantes que haviam terminado seus cursos e seriam destinadas àqueles em espera ou que haviam ingressado nos processos seletivos.

Essas mudanças não foram discutidas com a comunidade acadêmica e foram divulgadas sem anúncio prévio, não dando sequer espaço para planejamento de coordenadores de programa, orientadores e estudantes. Programas com processos seletivos que contavam com bolsas disponíveis para os ingressantes se viram com listas de espera por bolsas que talvez nunca cheguem. Estudantes que se deslocaram de suas cidades para realizar sua matrícula e iniciar seu curso descobriram apenas em seu destino que a sua bolsa já não existia mais. Em março de 2020, foram publicadas novas portarias da CAPES, alterando os critérios de distribuição de bolsas para programas de pós-graduação. Mais uma vez, a portaria impactou a pesquisa em diversas áreas do conhecimento, incluindo  pesquisas  para o enfrentamento da covid-19. Em julho, foi a vez do CNPq anunciar uma mudança drástica na forma de distribuição de bolsas. Mais uma vez, a mudança inesperada com prazo exíguo para apresentação de propostas e sem critérios claros, preocupou a toda comunidade. A chamada de propostas foi alterada, mas ainda não se sabe qual será a extensão do corte de bolsas decorrente da chamada. Em 2017, o número de bolsas de pós-graduação financiadas pelo CNPq já havia caído para 17.256.

As agências de fomento estaduais que contribuem com uma pequena parcela de bolsas, também correm risco. Em São Paulo, por exemplo, um projeto de lei, PL 529/20, tramita na assembleia legislativa do estado. Em seu artigo 14, o projeto prevê a retirada de recursos das universidades estaduais e da FAPESP, alegando ser um saldo não utilizado. Porém, esse valor tratado como se fosse uma “sobra” é um recurso com destino planejado para a FAPESP e as universidades estaduais. Não é uma sobra. O projeto pune a boa gestão dos investimentos públicos e, caso aprovado sem alterações, terá um impacto desastroso na pesquisa e na pós-graduação nas universidades públicas paulistas.

Todos os ataques sofridos pela pós-graduação e sentidos pelos pós-graduandos em sua renda — fundamental para a realização de suas pesquisas— têm pouca repercussão na popularidade dos governos que as implementam. Os resultados dessas pesquisas chegam à sociedade em longo prazo. Certamente poucos cidadãos estão cientes do papel dos pós-graduandos na geração de conhecimentos e riquezas para o país. Poucos sabem do papel deles no desenvolvimento diagnósticos e tratamentos de doenças, nas alternativas para transplante de órgãos e na investigação dos processos evolutivos que atuam sobre os organismos. Poucos sabem do papel dos estudantes no enfrentamento da Covid-19, em pesquisas que visam, por exemplo, o desenvolvimento de novos testes para diagnóstico da doença, a criação de aplicativo para identificar sintomas, criação de  mapa interativo para monitorar casos da doença, mitigar transtornos de humor e sedentarismo durante o isolamento social e no desenvolvimento de produtos para reduzir a transmissão do coronavírus.

A médio/longo prazo, os projetos realizados por estudantes bolsistas retornam à sociedade. Os cortes nas bolsas representam o encerramento de projetos como esses e a interrupção da formação dos recursos humanos em ciência. Deixaremos de formar futuros cientistas do país. Futuros professores que cumpririam o papel de formação de novos núcleos de pesquisa. Futuros cientistas que priorizariam os interesses de sua comunidade em sua pesquisa. Os cortes terão impacto negativo duradouro para a toda comunidade cientifica já fragilizada com os cortes acumulados. Devemos apoiar os estudantes e suas iniciativas para a defesa da pós-graduação e lutar para preservação do orçamento em ensino e ciência, defendendo os interesses de nosso país. O ataque aos alunos é um ataque à própria ciência.

Tatiana Teixeira Torres (USP)

Para saber mais:

– Herton Escobar (2019) 15 universidades públicas produzem 60% da ciência brasileira. Jornal da USP, 05/09/2019.

Matéria que descreve o levantamento da empresa Clarivate Analytics sobre produção científica encomendado pela CAPES. A matéria ressalta que 15 universidades, todas elas públicas, produzem mais da metade da ciência brasileira.

– Herton Escobar (2020) Mudanças no CNPq e Capes preocupam pós-graduação da USP. Jornal da USP, 31/07/2020.

Matéria publicada no Jornal da USP, explicando as alterações nas regras para concessão de bolsas e recursos das principais agências de fomento à pesquisa do governo federal, a CAPES e o CNPq.

Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP

Repositório de Teses e Dissertações defendidas na Universidade de São Paulo. O banco de dados público contém mais de 90 mil documentos, sendo 54244 Teses, 37832 Dissertações e 676 Teses de Livre Docência.

IMUNIDADE COLETIVA AO SARS-CoV-2

Até que haja uma vacina eficaz, os níveis de imunidade não serão altos o suficiente para atingir o que é chamado de imunidade coletiva à COVID-19. Esse é o ponto em que a doença começa a se extinguir, porque um número suficiente de pessoas está imunes e a transmissão acaba.

Surtos, epidemias e pandemias surgem quando um agente causador de uma doença infecciosa começa a circular dentro de uma população suscetível. A diminuição no aparecimento de novos casos acontece quando pessoas recém-infectadas passam a transmitir a infecção  para menos  uma pessoa suscetível dentro da população. Para essa quantidade de pessoas suscetíveis diminuir, é preciso que boa parte da população esteja imune ao patógeno causador dessa doença.

Apesar de haver vários fatores que contribuem para que uma doença infecciosa pare de ser transmitida, o caso citado acima é conhecido na área de imunologia como “imunidade coletiva”, ou “imunidade de rebanho”. A imunidade coletiva ocorre quando uma grande parte da comunidade se torna imune a uma doença, tornando improvável a transmissão de pessoa para pessoa. Como resultado, toda a comunidade fica protegida – mesmo aqueles que não foram infectados. Para que uma doença infecciosa se espalhe, é preciso que uma porcentagem da população seja infectada. Se a proporção de pessoas imunes à doença for suficientemente alta, a propagação da doença diminuirá. Isso é conhecido como limite de imunidade do rebanho.

O exemplo da infecção pelo sarampo ilustra como a imunidade coletiva funciona, pois é um vírus com alta capacidade de infecção, ou seja, cada pessoa infectada consegue transmitir o vírus para até 18 pessoas. Quando a quantidade de casos diminui, é possível inferir que a população está gradativamente ficando imune, seja pela vacinação, seja pela infecção natural. Na epidemiologia, um parâmetro muito importante é o R0, a taxa que mede a capacidade de transmissão de uma pessoa infectada. O SARS-CoV-2 possui um R0 de 2,5, ou seja, cada pessoa infectada consegue transmitir o vírus para no mínimo 2 e no máximo 3 pessoas. Essa taxa determina a proporção limite da imunidade coletiva da população, uma vez que, quanto maior a capacidade de infecção do vírus, maior a quantidade de pessoas imunes que a população precisa ter para impedir a circulação desse vírus.

Que porcentagem de uma população precisa ser imune para haver imunidade coletiva?

A resposta para essa questão varia de doença para doença. Por exemplo, se 80% da população é imune a um vírus, quatro em cada cinco pessoas que encontrarem alguém com a doença não ficarão doentes (e não espalharão a doença mais). Dessa forma, a propagação de doenças infecciosas é mantida sob controle. Dependendo de quão contagiosa é uma infecção, geralmente 70% a 90% da população precisa de imunidade para que seja obtida imunidade coletiva. Para o sarampo, este limite é perto de 95%, o que significa que 95 em cada 100 pessoas precisam estar imunes ao sarampo, para que as 5 que não possuem imunidade ao vírus estejam protegidas. Já para o SARS-CoV-2, a proporção limite foi proposta como sendo entre 60 e 80%.

Quanto mais contagiosa for uma doença, maior será a proporção da população que precisa ser imune para impedir sua propagação. Esse efeito pode ser visto em simulações, como a do  grupo de pesquisadores da Sociedade de Medicina da Filadélfia, que permite visualizar cenários onde uma população desenvolve a imunidade coletiva a uma doença infecciosa com sucesso (acesse as simulações aqui).

Na figura abaixo, que apresenta os casos de sarampo divulgados pela Agência de Proteção à do Reino Unido (Health Protection Agency ) desde 1940, é possível ver que, apesar de baixos, os números de casos aumentam e diminuem periodicamente, mostrando que o vírus continua circulando em populações. É o que acontece, por exemplo, na população brasileira. Os aumentos periódicos podem ter duas explicações. Primeiro, a população de suscetíveis está aumentando, ou seja, a proporção limite para que a imunidade coletiva aconteça é muito baixa, expondo a população que ainda não tem imunidade contra o vírus. Por outro lado, a cobertura vacinal passou a ter um papel importante a partir de 1968, quando a vacina foi licenciada, resultando numa diminuição grande nos casos. Contudo, ainda há uma persistência, que pode ser explicada com o aumento da população em geral e o tempo até as crianças serem vacinadas. Hoje, no Brasil, a recomendação do calendário de imunizações é a aplicação da primeira dose entre 0 e 3 meses de idade.

Health Protection Agency – UK

Podemos prever quando conseguiremos a imunidade coletiva para a COVID-19?

Existem dois caminhos para a imunidade coletiva para a COVID-19: pela imunização com as vacinas, ou pela infecção natural da população, e o consequente desenvolvimento de imunidade pelo próprio indivíduo.

A vacina para o vírus que causa a COVID-19 seria o caminho ideal para obter imunidade coletiva. As vacinas induzem o desenvolvimento de imunidade de modo seguro para a população, ainda que a estratégia de buscar a imunidade coletiva por meio da vacinação às vezes apresente desvantagens. Por exemplo, a proteção de algumas vacinas pode diminuir com o tempo, exigindo revacinação. Além disso, às vezes as pessoas não tomam todas as vacinas que estão disponíveis e recomendadas pelo calendário oficial.

Se a proporção de pessoas vacinadas em uma comunidade cair abaixo da proporção limite de imunidade coletiva, a exposição ao patógeno pode resultar na disseminação rápida da doença. O sarampo ressurgiu recentemente em várias partes do mundo, devido a taxas de vacinação relativamente baixas, incluindo os Estados Unidos e o Brasil. A oposição às vacinas pode representar um verdadeiro desafio para a imunidade coletiva, tão custosamente construída, com campanhas de vacinação anteriores.

A imunidade coletiva também pode ser alcançada quando há um número suficiente de pessoas recuperadas e imunes contra infecções futuras. Por exemplo, aqueles que sobreviveram à pandemia de Influenza (gripe espanhola) de 1918 se tornaram imunes à infecção com a gripe H1N1, um subtipo do vírus Influenza A.

No entanto, existem alguns problemas importantes em depender da infecção da comunidade para criar imunidade coletiva ao vírus que causa COVID-19. Primeiro, ainda não está claro se a infecção pelo vírus COVID-19 torna uma pessoa imune a infecções futuras. Até agora o que sabemos é que há uma resposta imune composta por linfócitos T CD4+, CD8+, células NK e anticorpos, mas ainda precisamos de mais tempo para entender melhor se a imunidade natural e a imunidade induzida pela vacina são suficientes para proteger a população.

Mesmo que a infecção com o vírus COVID-19 crie imunidade duradoura, um grande número de pessoas teria que ser infectado para atingir o limite de imunidade de rebanho. Especialistas estimam que, nos EUA, 70% da população – mais de 200 milhões de pessoas – teriam que se recuperar do COVID-19 para conter a epidemia. Se muitas pessoas ficarem doentes com COVID-19 ao mesmo tempo, o sistema de saúde pode ficar sobrecarregado rapidamente resultando em milhões de mortes.

Apesar de ser a melhor saída, sabemos que há uma movimentação de algumas partes da população em recusar a imunização pelas vacinas. Em 1998, um pesquisador afirmou que a vacina contra o sarampo aumenta a incidência de autismo em crianças. Os pais expressaram suas preocupações e a mídia divulgou amplamente esta declaração. Após muitos estudos, a Organização Mundial da Saúde concluiu que não existia nenhuma evidência de uma associação causal entre a vacina e transtornos autistas, apesar de parte da população ainda usar este argumento para não seguir o calendário de vacinação proposto pelo Programa Nacional de Imunizações (PNI) (acesse a posição da OMS sobre o trabalho de 1998).

A melhor maneira de obter imunidade coletiva sem perda de vidas é com uma vacina que seja altamente eficaz e administrada para a grande maioria dos indivíduos, de modo que todas as regiões tenham pelo menos 60%-70% da população imunizada. Embora tenhamos várias vacinas candidatas em testes clínicos em estágio final, sabemos que as vacinas são difíceis de se produzir, mas são a nossa melhor chance de proteger a população.

Thais Boccia

Bióloga, mestre e doutora em imunologia pelo Instituto de Ciências Biomédicas da Universidade de São Paulo

Para saber mais:

Metcalf CJE, et al. Understanding herd immunity. Trends in Immunology. 2015; doi:10.1016/j.it.2015.10.004.

Fox JP. Herd immunity and measles. Rev Infect Dis. 1983;5(3):463-466. doi:10.1093/clinids/5.3.463

https://www.historyofvaccines.org/content/herd-immunity-0

https://www.cdc.gov/globalhealth/measles/globalmeaslesoutbreaks.htm

https://www.gov.uk/government/publications/measles-deaths-by-age-group-from-1980-to-2013-ons-data/measles-notifications-and-deaths-in-england-and-wales-1940-to-2013

https://vaccine-safety-training.org/mmr-vaccine-increases.html

Guerra FM, Bolotin S, Lim G, et al. The basic reproduction number (R0) of measles: a systematic review. The Lancet. Infectious Diseases. 2017 Dec;17(12):e420-e428. DOI: 10.1016/s1473-3099(17)30307-9.

Bartsch SM, O’Shea KJ, Ferguson MC, et al. Vaccine Efficacy Needed for a COVID-19 Coronavirus Vaccine to Prevent or Stop an Epidemic as the Sole Intervention [published online ahead of print, 2020 Jul 15]. Am J Prev Med. 2020;S0749-3797(20)30284-1. doi:10.1016/j.amepre.2020.06.011

García LF. Immune Response, Inflammation, and the Clinical Spectrum of COVID-19. Front Immunol. 2020;11:1441. Published 2020 Jun 16. doi:10.3389/fimmu.2020.01441

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Kwok KO, et al. Herd immunity — Estimating the level required to halt the COVID-19 epidemics in affected countries. Journal of Infection. 2020; doi:10.1016/j.jinf.2020.03.027.