As diferentes análises para um espetacular caso de especiação: o caso dos ciclídeos africanos

Baseado no artigo “adaptive evolution and explosive speciation: the cichlid fish model” e no livro A grande história da evolução: na trilha dos nossos ancestrais (p. 396-405)

Por: Lucas Pereira Martins

(Aluno do 5º período de Ciências Biológicas e voluntário do Orla Viva - MA)

Quando nos aprofundamos no estudo de especiação e padrões de diversidade, é possível notar um exemplo comum a várias abordagens: as diversas espécies de ciclídeos africanos (peixes da família Cichlidae) do Lago Vitória, cuja especiação se deu com grande rapidez nos últimos milhares de anos, já que há indícios de que o lago secou totalmente cerca de 15 mil anos atrás.

 Este fato torna-se bem mais interessante do que simplesmente aparenta - os ciclídeos africanos são um dos grupos que mais rapidamente se especiaram, e os mecanismos que levaram a este altíssimo padrão de diversificação são ainda muito discutidos - eis a razão pela qual o exemplo dos ciclídeos africanos estar quase sempre presente em análises para uma boa compreensão dos processos de especiação.

Os ciclídeos representam a família de vertebrados mais rica em espécies dentre os vertebrados (cerca de 3000 espécies). Dentre estas, há cerca de 450 espécies endêmicas de ciclídeos do Lago Vitória. Estas espécies muito provavelmente se especiaram em um padrão de aproximadamente um ou alguns milênios de intervalo médio entre os eventos de especiação em qualquer dada linhagem, o que representa uma evolução espetacular, demonstrada através da enorme variedade de fenótipos e comportamentos dos ciclídeos deste lago.

 Acredita-se que uma espécie fundadora (ou bem poucas) entrou em cada um dos grandes lagos africanos (Vitória, Tanganica e Malauí) e a partir desse pequeno começo houveram sucessivas subdivisões evolutivas, caracterizando uma irradiação adaptativa.

Há alguns indícios de especiação simpátrica entre os ciclídeos africanos, porém o modelo de isolamento geográfico é ainda dominante para diversos autores. Além disso, a seleção sexual também tem sido reconhecida como uma força poderosa para a origem de novas espécies de ciclídeos. Para algumas pessoas é difícil compreender o fato de uma especiação por isolamento geográfico (alopátrica) ser fundamental em habitats aquáticos (mais até do que para alguns seres vivos terrestres). Porém, os ciclídeos demonstram o contrário: especiações alopátricas podem sim ocorrer em ambientes aquáticos, e até com uma frequência razoável. Do ponto de vista de um peixe, há diversas “ilhotas” dentro de um grande lago, e neste caso específico, os três grandes lagos africanos possuem recifes isolados (não recifes de coral, mas no sentido de cadeia de rochas) e , para um ciclídeo, cada recife pode muito bem ser uma “ilha”, separada por águas profundas do recife vizinho, a uma distância sufiente para consistir em uma barreira ao fluxo gênico.

Esquema representando a diversificação de ciclídeos dos lagos africanos. A primeira etapa constitui uma especialização a diferentes habitáts e modos de vida (como por exemplo rochas ou areia). A segunda etapa constitui na diversificação de estruturas bucais dependendo do habitat. A terceira etapa constitui na diversificação das cores dos machos de diferentes espécies (seleção sexual).

Pelo menos 3 outras forças evolutivas podem ter contribuído para a divergência dos ciclídeos: seleção ecológica, seleção sexual e conflitos genéticos. Há diversas hipóteses em que estas forças são analisadas para explicar a grande diversidade dos ciclídeos, sendo que várias delas possuem um corpo teórico satisfatório.

 Perante isto é possível fazer uma análise em que a especiação de ciclídeos nos grandes Lagos africanos se deve provavelmente a uma soma de fatores. Autores que possuem uma maior tendência a credenciar a especiação simpátrica ou a alopátrica como os “carros-chefe” geralmente não excluem a possibilidade de que outros tipos de especiação também se fizeram presentes.

 Particularmente acredito que a especiação alopátrica é um fator importante na explicação deste fenômeno, porém sem nunca excluir a especiação simpátrica e a seleção sexual do processo. Assim como praticamente tudo na Biologia, o real é bem mais complexo do que o imaginado, com um conjunto de combinações e processos que fazem o mundo como ele é, inclusive em caso tão extraordinários de evolução, como é o caso dos ciclídeos dos lagos africanos.

Que Tal Nadar com 8 Milhões de Águas-Vivas?

Por: José Uilian Silva

(Acadêmico do 3º Período de Ciências Biológicas da Universidade Federal do Maranhão e Voluntário do Orla Viva - MA)

Quem em seu juízo perfeito teria coragem de mergulhar em local infestado de águas-vivas? Mas, ao contrário de outros lugares onde há ataques de águas-vivas e outros cnidários (inclusive no Brasil), no lago Jellyfish, localizado no Pacífico, num grupo de ilhas também conhecidas com Micronésia, turistas e moradores da região têm o privilégio de nadar com águas-vivas e não sofrer ataques. O local é de fácil acesso, possuindo uma trilha a partir da praia, e logo se transformou em um ponto turístico. As águas-vivas tornaram-se inofensivas ao homem e os demais animais com o passar dos anos, num fascinante processo que veremos mais adiante.

O fotógrafo Kevin Davidson, dono de uma loja no arquipélago de Palau, registrou este lago infestado de águas-vivas. O arquipélago possui uma superfície de 458 quilômetros quadrados e 1.519 quilômetros costeiros.

No âmbito histórico, esse arquipélago foi descoberto no século XVI por exploradores espanhóis. Mais tarde, no século XIX, foi dominado pelos alemães e, posteriormente, pelo Japão. Só a partir de 1947, quando os Estados Unidos da América constituíram uma administração fiduciária (que pertence por confiança ou herança), Palau conseguiu uma “semi-independêcia”, já na década de 80.

Localização no Mapa Mundi da república de Palau.

O lago Jellyfish era antigamente ligado ao Oceano Pacífico, mas, quando o nível do mar baixou, ocorreu o isolamento do lago, e as águas-vivas - assim como os demais habitantes do lago - ficaram presas no local por uma barreira de rochas. Sem risco de predadores e num ambiente rico em nutrientes, principalmente algas, a população de água-viva cresceu bastante e atingiu cerca de milhões de indivíduos no lago. A ausência de predadores foi importante para o sucesso da população no lago e logo a características dos nematocistos funcionais foram perdidos.

Na falta de alimento, as águas-vivas foram associando-se a algas zooxantelas - que fazem fotossíntese e produzem seu próprio alimento. A água-viva será então a fornecedora da "carona" em direção ao sol para as algas, passando a produzir uma enzima que permitia aproveitar o alimento que a alga fotossintetizava.

Imagem mostrando a beleza de uma água-viva no lago marinho de Palau (Foto: Kevin Davidson/Caters)

Jellyfish é o único lago marinho de Palau aberto ao turismo. Localizado na ilha de Eil Malk. (Foto: Kevin Davidson/Caters)

As águas-vivas também conhecidas como medusas são pertencente à classe Scyphozoa ou cifozoários, filo Cnidaria (do grego “Knide”, significa “urtiga”). Os cnidários caracterizam por terem células urticantes denominadas de cnidócitos (onde o veneno desses animais está alojado e é liberado sob forma de defesa) e por serem relacionados a muitos problemas de ataques desses organismos, que, quando em contato com a pele humana, traz lesões na epiderme que lembram “queimaduras”. Essas lesões variam de vermelhidões, bolhas ou até mesmo feridas (apesar de serem formas raras de lesões).

No Brasil, os acidentes com seres humanos são devido a algumas espécies de cnidários, como as águas-vivas Chiropsalmus quadrumanus; cubozoários Tamoya haplonemapor, além das caravelas Physalia physalis. Esses acidentes são considerados geralmente não perigosos à vida do homem. Contudo, há relatos de, em alguns casos, ocorrerem problemas neurológicos, cardíacos e cutâneos ou até mesmo a morte do indivíduo. Casos extremos dependem da quantidade de nematocistos descarregados, da capacidade de penetrar na pele, da idade e saúde da vitima, além da existirem diferenças quanto às espécies.

No caso do lago Jellyfish, a perda da função dos nematocistos das águas-vivas locais tornou-as inofensivas a nós, sendo possível até mesmo tocar em seus tentáculos com as mãos nuas sem sofrer nenhuma consequência - algo impensável em qualquer outro lugar.

Segundo o fotógrafo que frequenta o local há mais de 15 anos, as pessoas que tem medo entram em pânico quando olham a quantidade de águas-vivas e não entram no lago. Ainda segundo o fotografo, os turistas podem sentir centenas de leves toques na pele enquanto nadam com as águas-vivas. (Foto: Kevin Davidson/Caters)

Diante de tanta beleza que esse grupo de animais possui e da pouca atenção aos acidentes ocasionados por esses organismos marinhos no litoral brasileiro, é notável e possível que haja uma boa relação ecológica do homem com a natureza, sendo o exemplo do lago marinho de Palau demonstrar o quanto é importante à conservação e o respeito aos seres vivo que nos rodeia.

FONTES: BBC Brasil. Nadando com águas-vivas. Março de 2012. Disponível em: . Acesso em: 24 mar. 2012.

WEBER, George. The Palau Pymiens. Disponível em: . Acesso em: 24 mar. 2012.

LEVES, Ricardo; AMARAL, Fernanda D.; STEINER, Andrea Q. Levantamento de registros dos acidentes com cnidários em algumas praias do litoral de Pernambuco (Brasil). Ciência & Saúde Coletiva. Pós-graduaçao em Ensino das Ciências, Recife, v.12 , n.1, 231-237, 2007. Disponível em: . Acesso em: 24 mar. 2012.

Um Oásis de Vida no Fundo do Mar

Por: André Álvares Vale

(Aluno do 5º período da Universidade Federal do Maranhão e Voluntário do Orla Viva - MA)

As formas de vida que se desenvolvem ao redor das fontes hidrotermais chocaram a comunidade científica quando a primeira fonte foi observada por seres humanos no fundo do mar, em 1977 no arquipélago de Galápagos.

Em todos os ecossistemas conhecidos até essa data, as plantas ou outros organismos fotossintéticos constituíam a base da cadeia alimentar. Estes ecossistemas hidrotermais, porém, dependem de micro-organismos que tiram energia de moléculas inorgânicas – os extremófilos quimiossintetizantes.

As fontes hidrotermais (também chamadas de chaminés marinhas), que podem ser entendidas como gêiseres no fundo do mar, estão continuamente liberando água superaquecida (404ºC) e rica em minerais. Essas estruturas formam-se ao longo das dorsais médio-atlânticas (grandes cadeias de montanhas submersas no oceano, que se originam do afastamento das placas tectônicas estendendo-se do Oceano Atlântico ao Oceano Ártico), em locais onde o fundo do mar se desloca muito lentamente (6 a 18 cm por ano) à medida que o magma emerge de baixo da crosta terrestre.

Exemplo de uma fonte hidrotermal

Fontes hidrotermais localizam-se ao longo das dorsais médio-atlânticas (também chamada de dorsal meso-oceânica), onde placas gigantescas que formam a crosta da Terra estão se separando (movimento responsável por vários fenômenos geológicos), criando fendas e rachaduras no fundo do oceano. Através dessas fissuras escoa água do mar que é aquecida pela rocha derretida, ou magma, que se encontra abaixo da crosta terrestre. Devido à corrente de convecção (movimento que a água faz ao deslocar-se do local mais quente para o mais frio) criada, a água se eleva e procura um caminho de volta para o oceano através de uma abertura no fundo do mar. Ao fazer esse percurso o fluxo superaquecido leva metais e outras substâncias inorgânicas das profundezas da terra a superfície dos oceanos. 

Embora a maior parte do fundo do mar seja relativamente pouco povoado, locais próximos às chaminés são verdadeiros oásis no meio de um deserto de água fria e escuridão. Vermes e moluscos são os habitantes mais distintos das profundezas do Oceano Pacífico, enquanto camarões sem olhos são encontrados nas fontes hidrotermais no oceano Atlântico.

Vermes tubulares crescendo perto de uma fonte hidrotermal. Esses seres heterotróficos só conseguem habitar nesses locais remotos devido a uma relação simbiótica com bactérias quimiossintetizantes. 

Ao contrário das plantas que dependem da luz solar como fonte de energia para converter água e dióxido de carbono em glicose, as bactérias que vivem ao redor das fontes hidrotermais obtêm a energia necessária para esta transformação a partir do ácido sulfídrico (H2S) e outras moléculas que são expelidas das profundezas da terra. Os açúcares formados servem como combustível e matéria-prima necessária às atividades desses habitantes das profundezas.

Ilustração de uma bactéria em simbiose com um verme tubular. Abrigada em seus tecidos essa bactéria realiza o processo descrito abaixo.

Em uma das reações executadas pelas bactérias encontradas nas profundezas dos oceanos, o ácido sulfídrico (H2S) fornece a energia para converter o dióxido de carbono (CO2) e a água (H2O) em glicose (C6H12O6) e ácido sulfúrico (H2SO4).

6CO2 + 6H2O + 3H2S > C6H12O6 + 3H2SO4

Essas bactérias quimiossintetizantes (ou seja, que utilizam a energia proveniente da oxidação de um substrato, neste caso em particular o ácido sulfídrico) constituem a base de uma cadeia alimentar que inclui camarões, vermes, moluscos, peixes, caranguejos e até mesmo polvos. Todos estes animais estão adaptados às condições extremas (daí o nome extremófilos) das fontes hidrotermais: escuridão total, temperatura da água entre 2°C (no ambiente da água do mar) e 400°C (na abertura das fontes), pressões 500 vezes superiores às observadas ao nível do mar e concentrações elevadas de substancias tóxicas.

Imagem capturada a 2,4 mil metros de profundidade do Oceano Atlântico Sul mostra nova espécie de polvo vivendo em uma região rica em fontes hidrotermais (Foto: Divulgação/Natural Environment Research Council ChEsSo)

Apesar de serem largamente estudados, tanto do ponto de vista biológico (devido ao numero de espécies desconhecidas em que nele habitam) quanto econômico (devido à quantidade surpreendente de metais raros neles encontrados como ouro e prata), esses ecossistemas marinhos ainda são o lar de profundos mistérios, protegidos pela escuridão das águas, apenas esperando para serem trazidos a luz.

Referências: BBC Brasil. Cientistas descobrem espécies no fundo do Oceano Índico. Dezembro de 2011 [link]
Voyage do the Deep. Hydrothermal Vents. [link]
Beatty et al. An obligately photosynthetic bacterial anaerobe from a deep-sea hydrothermal vent. Março de 2005. [link]