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Estudo mostra a relação entre ambiente, hormônios e evolução

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Essas três espécies de sapos pés de espada se metamorfoseiam de forma diferente. As duas primeiras espécies da esquerda são capazes de regular o momento da sua metamorfose, modulando a produção de hormônio. A espécie à direita tem um período fixo para sua metamorfose. É tudo devido às lagoas em que vivem. Cortesia das imagens: Robert DenverEssas três espécies de sapos pés de espada se metamorfoseiam de forma diferente. As duas primeiras espécies da esquerda são capazes de regular o momento da sua metamorfose, modulando a produção de hormônio. A espécie à direita tem um período fixo para sua metamorfose. É tudo devido às lagoas em que vivem. Cortesia das imagens: Robert Denver

ANN ARBOR—Diferentes espécies de sapos pés de espada, ou spadefoot toads, em inglês, passam pela metamorfose de forma diferente, e tudo por causa da lagoa em que crescem, de acordo com uma equipe de pesquisadores que inclui cientista da Universidade de Michigan.

Os pesquisadores descobriram que algumas espécies podem regular o tempo de sua metamorfose controlando a produção hormonal, enquanto o tempo de outras espécies é fixo.

O estudo, publicado na Nature Communications, é um dos primeiros a fornecer um mecanismo - neste caso, as diferenças nas formas em que a metamorfose é controlada por hormônios em diferentes espécies de sapos pés de espada - que está subjacente a uma teoria chamada acomodação genética. A teoria foi introduzida há mais de 15 anos por Mary Jane West-Eberhard, uma bióloga evolutiva que conquistou todos seus diplomas na U-M, segundo o autor do estudo, Robert Denver, um neuroendocrinologista de desenvolvimento da U-M.

Nesta teoria, quando os organismos de qualquer tipo - micróbios, plantas ou animais - experimentam mudanças em seu ambiente ao longo do tempo, esse organismo pode mudar seu fenótipo ou suas características físicas, que se desenvolvem em reação ao seu ambiente. West-Eberhard sugeriu que as diferenças entre espécies e novos fenótipos podem evoluir através da mudança do seu fenótipo ancestral. Essas mudanças se tornam fixas através do processo de acomodação genética.

As espécies de sapos Pelabates Cultripes podem induzir metamorfose quando sente que a lagoa vai se secar para escapar como um sapo juvenil.As espécies de sapos Pelabates Cultripes podem induzir metamorfose quando sente que a lagoa vai se secar para escapar como um sapo juvenil.

"Para que isso funcione, os antepassados ​​devem ter capacidade para expressar uma gama de fenótipos em resposta a diferentes ambientes, um processo conhecido como plasticidade fenotípica ou plasticidade do desenvolvimento," disse Denver, professor e presidente do Departamento de Biologia Molecular, Celular e de Desenvolvimento da U-M.

Por exemplo, a forma como os seres humanos aparecem pode variar dependendo de suas dietas, estresse ou uma série de outros fatores.

"Todos nós temos um genótipo, ou genes, que codificam as proteínas que, em última análise, determinam o que parecemos e qual é a capacidade para o nosso crescimento. Mas dentro disso, há uma gama de tamanhos corporais que podem ser alcançados com base no meio ambiente," disse Denver, que também é professor de ecologia e biologia evolutiva. "À medida que os valores ambientais se deslocam para os extremos, a seleção natural pode favorecer os fenótipos que são mais capazes de ganhar a vida no novo ambiente".

Nos estudos de Denver sobre os sapos, a chave era saber se as lagoas de água em que os girinos surgiam eram permanentes ou de curta duração.

Os pesquisadores descobriram que a espécie de sapo pés de espada que vive em lagoas semi-permanentes pode desencadear sua própria metamorfose quando sente que sua lagoa está secando. A ativação de suas glândulas tireoidianas estimula a metamorfose, assim como em humanos, mas os sapos também ativam suas glândulas adrenais. Isso produz um hormônio do estresse que acelera a metamorfose, permitindo que o girino escape da secagem da lagoa e se mude para a terra como um adulto juvenil.

A espécie de sapo Spea Multiplicata também pode induzir metamorfose quando sente que a sua lagoa vai se secar para escapar como um sapo juvenil.A espécie de sapo Spea Multiplicata também pode induzir metamorfose quando sente que a sua lagoa vai se secar para escapar como um sapo juvenil.

Outras espécies de sapos pés de espada se reproduzem em piscinas efêmeras - por exemplo, piscinas de água no deserto do Arizona que existem por apenas alguns dias. Essas espécies têm um período de desenvolvimento muito curto que não pode ser alterado pelo ambiente em que vivem.

O período larval mais curto dos sapos pés de espada, que se reproduzem nas piscinas efêmeras, também afeta seu tamanho como adultos. Os sapos pés de espada que se criam em lagoas semi-permanentes são do tamanho da metade de uma nota de dólar quando se metamorfoseiam, enquanto as outras espécies são do tamanho de uma moeda de dez centavos, disse Denver.

Denver diz que o antepassado comum dos sapos pés de espada foi provavelmente capaz de modular o tempo de sua metamorfose, mas quando alguns desses sapos começaram a viver em ambientes áridos extremamente desafiadores, eles mudaram seu período de desenvolvimento para um ponto muito curto e fixo.

As espécies de sapos Scaphiopus Couchii vivem em lagoas efêmeras e não podem regular o tempo de sua metamorfose. Eles podem passar da incubação à metamorfose para se reproduzir em cerca de 10 dias.As espécies de sapos Scaphiopus Couchii vivem em lagoas efêmeras e não podem regular o tempo de sua metamorfose. Eles podem passar da incubação à metamorfose para se reproduzir em cerca de 10 dias.

"Seus antepassados ​​provavelmente tiveram a capacidade de se metamorfosear ao longo de um intervalo de tempo, por exemplo, de duas semanas a três meses ou mais", disse Denver. "Mas ao longo do tempo, seu habitat se tornou muito mais seco, ou eles passaram a se mover para esses ambientes secos, e os indivíduos que sobreviveram lá foram aqueles que tiveram este período de desenvolvimento muito curto".

Nos ambientes mais secos, a seleção natural favoreceu os sapos individuais com um desenvolvimento muito rápido, mas faltou a capacidade de variar sua taxa de desenvolvimento em resposta ao seu ambiente. Em vez disso, seus sistemas endócrinos se tornam ativos muito mais cedo no desenvolvimento e seus tecidos se tornaram mais sensíveis ao sinal hormonal.

"Nosso estudo é um dos poucos exemplos de um mecanismo fisiológico/de desenvolvimento subjacente à acomodação genética", disse Denver.

Estudo
Robert Denver