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Desvendando a história dos besouros-cervo de Hachijo-jima

Das diferenças nas mandíbulas à história das ilhas e do mar

Nas ilhas principais do Japão e em Hachijo-jima vivem besouros-cervo de mandíbulas serrilhadas. Imagine colocar lado a lado um macho de cada lugar, com corpos de tamanho parecido. O de Hachijo-jima tem mandíbulas mais curtas. Só isso permite dizer que pertencem a espécies diferentes?

As diferenças nas mandíbulas são uma das pistas para distinguir espécies. Ao comparar muitos indivíduos, os pesquisadores observaram que os machos de Hachijo-jima tendiam a ter mandíbulas mais curtas em relação ao corpo do que os das ilhas principais.

Por que essa diferença apareceu em Hachijo-jima? A ilha se formou quando vulcões nascidos no fundo do oceano emergiram acima da superfície. Acredita-se que os ancestrais dos besouros atravessaram o mar depois que surgiu terra firme ali.

Depois de se estabelecerem em Hachijo-jima, os besouros continuaram a receber novos indivíduos das ilhas principais ou de outras ilhas? Kodai Kishino e seus colegas se concentraram nesses deslocamentos. Diferenças nas conexões com o exterior podem estar relacionadas à evolução de mandíbulas mais curtas. Vamos acompanhar esse mistério.

Para comparar as mandíbulas, medir a largura do tórax

O comprimento corporal indica quanto mede o corpo de um animal de uma ponta à outra. Alguns guias de besouros-cervo fazem essa medida da ponta das mandíbulas até a extremidade traseira. Assim, mandíbulas mais longas aumentam o comprimento corporal mesmo quando o restante do corpo tem o mesmo tamanho. Para descobrir o tamanho das mandíbulas em relação ao corpo, a equipe usou outra referência: a largura do tórax, a parte logo atrás da cabeça.

Os pesquisadores fotografaram de cima besouros de Nasu Kogen, nas ilhas principais, e de Oshima, Niijima, Kozushima e Hachijo-jima. Nas fotos, mediram a largura do tórax e o comprimento das mandíbulas. Em relação à largura do tórax, as mandíbulas dos machos tendiam a ficar mais curtas nesta ordem: ilhas principais, Oshima, Niijima e Kozushima. Entre os exemplares estudados, as proporcionalmente mais curtas eram as de Hachijo-jima.

Os besouros de Hachijo-jima foram inicialmente considerados uma forma local com características próprias dentro da mesma espécie dos besouros de mandíbulas serrilhadas das ilhas principais. Em 1985, diferenças na aparência levaram a tratá-los como uma espécie separada, cujo nome japonês significa “besouro-cervo de mandíbulas serrilhadas de Hachijo”. A questão agora investigada pela equipe de Kishino foi quais conexões esses besouros tiveram com os de outras ilhas e das ilhas principais.

Quando Hachijo-jima se separou das ilhas principais?

Se os besouros têm ancestrais em comum, será que essas terras já foram ligadas? Hachijo-jima é uma ilha vulcânica no sul do arquipélago de Izu, que se estende mar adentro a partir da península de Izu. As pesquisas geológicas não encontraram evidências de que a ilha tenha surgido ao se desprender das ilhas principais. Os vulcões que lhe deram origem se formaram no fundo do mar e depois emergiram.

Uma pista sobre a época vem de cinzas vulcânicas trazidas de Kyushu. Cinzas de cerca de 240 mil anos foram encontradas em Hachijo-jima dentro de camadas formadas em terra. Isso sugere que já havia terra acima do mar quando elas caíram.

Considerando essa origem, faz sentido pensar que os ancestrais dos besouros atravessaram o mar depois do surgimento da terra. Viajar em madeira à deriva é uma possibilidade. Vieram diretamente das ilhas principais ou passaram por ilhas vizinhas? O que os transportou, e quando chegaram? As camadas geológicas só permitem dizer que naquela época já havia terra firme.

Procurar no DNA os deslocamentos posteriores

Suponhamos que os ancestrais dos besouros atravessaram o mar e se estabeleceram na ilha. Outros continuaram a chegar depois, vindos das ilhas principais ou de outras ilhas? Não podemos observar diretamente aqueles deslocamentos antigos. Mas, se os recém-chegados deixaram descendentes, seu DNA pode ter sido transmitido até os besouros atuais. Foi nele que a equipe procurou vestígios.

O DNA é uma substância que carrega informações relacionadas à formação e ao funcionamento do corpo. Sua estrutura contém quatro tipos de componentes químicos chamados bases. A ordem desses componentes armazena informações. Essa sequência passa dos pais aos descendentes, mas às vezes uma pequena parte muda. Comparar quais mudanças permanecem em diferentes populações ajuda a investigar as conexões entre elas.

A equipe comparou primeiro o DNA das mitocôndrias. Essas estruturas ficam dentro das células e usam os nutrientes dos alimentos para produzir energia em uma forma que a célula consegue utilizar. Em muitos animais, seu DNA é herdado principalmente da mãe. Comparar suas sequências permite, portanto, investigar a linha materna, como seguir uma árvore familiar da mãe para a mãe dela.

Os pesquisadores leram uma parte do DNA mitocondrial. Nela estão as informações para fabricar um componente necessário à produção de energia.

Eles compararam as sequências dos besouros para identificar trechos iguais e diferentes. A partir disso, estimaram a ordem em que as linhagens se separaram de ancestrais comuns. Uma representação dessas relações em forma de ramos é chamada árvore filogenética.

Construíram uma árvore com besouros de oito ilhas de Izu, das ilhas principais e de outros lugares. Hachijo-jima e ilhas do sul, incluindo Miyake-jima, ficaram em um mesmo ramo, separado do grupo das ilhas principais. Isso significa que, segundo a estimativa, os besouros daquele ramo compartilham um ancestral comum mais recente entre si do que com os das ilhas principais. Oshima e Niijima ficaram no ramo das ilhas principais. Comparar mais partes do DNA mitocondrial não alterou essa divisão.

Depois veio o DNA do núcleo, herdado tanto do pai quanto da mãe. O núcleo é a parte da célula onde fica a maior parte do DNA. A equipe comparou 1.317 genes do DNA nuclear. Um gene é um trecho de DNA que contém informações relacionadas à formação ou ao funcionamento do corpo.

Na árvore feita com DNA nuclear, as quatro ilhas de Oshima, Niijima, Miyake-jima e Hachijo-jima formaram um ramo separado das ilhas principais. Esse ramo se dividiu entre Hachijo-jima e as outras três ilhas. Miyake-jima, que estava no mesmo ramo de Hachijo-jima na árvore mitocondrial, passou a compartilhar um ramo com Oshima e Niijima.

Será que os deslocamentos posteriores ao estabelecimento nas ilhas ajudam a explicar essa diferença? Se besouros que chegaram mais tarde deixaram descendentes, seu DNA também se incorporou às populações locais. A equipe examinou essa possibilidade com mais detalhe.

Quais ilhas compartilham mais mudanças de DNA com as ilhas principais?

Os pesquisadores reuniram Oshima, Niijima e Miyake-jima em um grupo e o compararam com a população de Hachijo-jima. Investigaram qual grupo conservava mais posições do DNA com as mesmas mudanças encontradas nos besouros das ilhas principais.

Se, depois da separação, nenhum dos dois grupos tivesse deixado descendentes com besouros das ilhas principais, não se esperaria que essas mudanças compartilhadas se concentrassem fortemente em apenas um lado. Mas o grupo das três ilhas apresentou mais posições com essas mudanças do que Hachijo-jima.

Se os recém-chegados das ilhas principais se reproduziram com os besouros das três ilhas, seus descendentes receberam seu DNA. Isso explicaria o desequilíbrio. Considerando também outras análises, a equipe concluiu que besouros vindos das ilhas principais deixaram descendentes nessas três ilhas. Em Hachijo-jima, não obteve evidência equivalente dessa incorporação.

A corrente Kuroshio dificultou a chegada a Hachijo-jima?

Em Oshima, Niijima e Miyake-jima surgiram vestígios de conexões com as ilhas principais, mas em Hachijo-jima não foram encontrados os mesmos vestígios. Todas essas ilhas são separadas pelo mar. Por que a diferença?

Para investigá-la, a equipe também usou o DNA para estimar quando as populações das ilhas principais e de Hachijo-jima se separaram. A estimativa foi de cerca de 150 mil anos atrás, com um intervalo apresentado no artigo de aproximadamente 120 mil a 190 mil anos. O cálculo pressupõe que as duas populações não deixaram descendentes entre si depois da separação. Portanto, não indica quando os primeiros besouros chegaram à ilha.

As camadas geológicas mostram que já havia terra em Hachijo-jima há cerca de 240 mil anos. Para pensar nas conexões posteriores dos besouros, Kishino e seus colegas se voltaram para Kuroshio. Essa forte corrente oceânica às vezes passa entre Mikura-jima e Hachijo-jima. Os pesquisadores consideraram a possibilidade de ela ter dificultado a chegada à ilha.

Outros estudos reconstroem os mares antigos a partir da lama acumulada no fundo oceânico e sugerem que, durante um período frio, Kuroshio passava mais ao sul do que hoje. A equipe propôs que os ancestrais dos besouros talvez tenham alcançado Hachijo-jima nessa época. Mais tarde, com a corrente se deslocando para o norte e cruzando entre as ilhas, a madeira flutuante poderia ter sido levada em outra direção, tornando Hachijo-jima mais difícil de alcançar. Essa é uma hipótese. A data estimada da separação tem uma faixa ampla, e não se sabe se coincide exatamente com a mudança de trajetória da corrente.

Sempre que besouros das ilhas principais deixam descendentes em uma ilha, acrescentam seu DNA à população local. A equipe sugere que, em Hachijo-jima, esses acréscimos foram menores. Isso pode ter facilitado a permanência de mudanças adequadas à vida na ilha e favorecido também a evolução de mandíbulas mais curtas.

O que mudaram durante o crescimento das larvas?

Se o desenvolvimento das mandíbulas mudou, o DNA ligado ao crescimento pode oferecer outra pista. As células das larvas têm um componente que recebe sinais de crescimento enviados de acordo com o estado nutricional do corpo. Nos besouros de Hachijo-jima, o DNA com as instruções para fabricar esse componente apresentou diferenças não observadas nas outras populações.

A equipe dividiu larvas das ilhas principais em dois grupos e reduziu a produção desse componente em um deles. Ao medir os machos adultos, verificou que o grupo com produção reduzida tinha mandíbulas proporcionalmente mais curtas do que o grupo sem essa intervenção. O experimento confirmou, assim, que o componente participa do desenvolvimento das mandíbulas.

O que sabemos e o que falta verificar

O estudo confirmou que os machos de Hachijo-jima têm mandíbulas mais curtas mesmo quando se leva em conta o tamanho corporal. A comparação do DNA revelou vestígios de descendentes de besouros das ilhas principais em Oshima, Niijima e Miyake-jima. Em Hachijo-jima não apareceram os mesmos vestígios. As conexões com as ilhas principais variam, portanto, de ilha para ilha.

A equipe propõe que a entrada menor de DNA das ilhas principais em Hachijo-jima permitiu a permanência mais fácil de mudanças adequadas à vida insular, favorecendo a evolução de mandíbulas mais curtas. Tanto o ambiente da ilha quanto sua história de receber menos recém-chegados podem ter contribuído.

Ainda é necessário testar essa explicação. O experimento mostrou que reduzir a produção de um componente ligado ao crescimento em larvas das ilhas principais resulta em mandíbulas mais curtas. Mas não foi verificado se as diferenças de DNA encontradas em Hachijo-jima alteram, por si mesmas, a função desse componente. Para saber em que situações as mandíbulas curtas são úteis na ilha, também será preciso investigar onde os machos se encontram e pelo que competem.

A explicação de que Kuroshio dificultou os deslocamentos a Hachijo-jima também continua sendo uma hipótese. São necessárias mais evidências sobre quando e por qual caminho os primeiros besouros chegaram, e sobre como as viagens posteriores mudaram. Por exemplo, comparar outros insetos presentes tanto em Mikura-jima quanto em Hachijo-jima permitiria investigar se as diferenças de DNA também aumentam entre as duas ilhas. Isso poderia oferecer pistas sobre a influência da corrente.

Ao aprofundar uma diferença nas mandíbulas, chegamos à formação de uma ilha e ao movimento do mar. As conexões mais fracas com as ilhas principais ajudaram a sustentar uma evolução própria em Hachijo-jima? O próximo desafio é partir desses resultados e verificar como o funcionamento do DNA se relaciona com a vida dos besouros na ilha.

Referências