Fenômica revela como a anatomia das abelhas guarda pistas que o DNA não consegue mostrar

O sequenciamento de DNA revolucionou a forma como os cientistas investigam a evolução. A genética permite identificar com grande precisão quais espécies são mais próximas entre si e reconstruir relações de parentesco que seriam difíceis de perceber apenas pela aparência.

Mas conhecer quem é parente de quem não conta toda a história.

Para compreender como os organismos realmente mudaram ao longo de milhões de anos, é necessário observar também aquilo que está registrado em seus corpos.

Pesquisadores da Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto da Universidade de São Paulo estão utilizando justamente essa abordagem para investigar a evolução das abelhas.

Ao analisar centenas de características anatômicas de espécies atuais e fósseis, dois estudos mostram como a chamada fenômica pode complementar a genômica e revelar aspectos da história evolutiva que o DNA sozinho não consegue alcançar.

O que é fenômica?

A fenômica é o estudo sistemático do fenótipo.

O fenótipo corresponde ao conjunto de características observáveis de um organismo, incluindo estruturas externas e internas, formas corporais e outras características resultantes da interação entre genética e ambiente.

Enquanto a genômica analisa grandes conjuntos de informações presentes no DNA, a fenômica busca organizar e comparar grandes quantidades de características do organismo.

No caso das abelhas, isso inclui estruturas como asas, pernas, peças bucais e componentes internos do exoesqueleto.

Segundo Eduardo Almeida, professor da USP e coordenador do Laboratório de Biologia Comparada e Abelhas, as duas abordagens são complementares.

O DNA ajuda a identificar relações de parentesco.

A anatomia permite entender quais transformações ocorreram ao longo dessa história.

Estudos analisaram abelhas atuais e fósseis

As pesquisas foram desenvolvidas no Laboratório de Biologia Comparada e Abelhas da USP de Ribeirão Preto.

Dois trabalhos recentes partiram da mesma questão: como reconstruir de forma mais completa a história evolutiva das abelhas?

Um deles concentrou-se nas abelhas-sem-ferrão, grupo conhecido cientificamente como Meliponini, que reúne aproximadamente 650 espécies distribuídas principalmente pelas regiões tropicais.

O outro ampliou a análise para representar a diversidade das cerca de 21 mil espécies de abelhas conhecidas no planeta.

Embora trabalhem em escalas diferentes, ambos utilizaram características anatômicas inseridas em um contexto filogenético, considerando as relações evolutivas entre as espécies.

Operárias de Scaptotrigona depilis, espécie de abelha sem-ferrão, sobre os potes de alimento dentro da colônia – Foto: Matheus Mourão Carvalho

Uma pesquisa olhou para os detalhes

O estudo dedicado às abelhas-sem-ferrão conseguiu comparar linhagens evolutivamente mais próximas.

Essa proximidade permitiu que os pesquisadores analisassem diferenças anatômicas mais refinadas.

O trabalho construiu uma matriz com 375 características codificadas representando todos os gêneros e subgêneros da tribo Meliponini.

Também foram incorporadas informações sobre grupos fósseis.

Entre eles estão representantes da tribo extinta Melikertini e a espécie fóssil Proplebeia dominicana.

A inclusão desses organismos foi fundamental para esclarecer relações que não poderiam ser investigadas apenas por meio do DNA.

Outro estudo analisou as grandes linhagens

Enquanto o primeiro trabalho aprofundou a análise dentro de um grupo específico, a segunda pesquisa buscou uma visão panorâmica da evolução das abelhas.

Os pesquisadores reuniram 394 características anatômicas de espécies selecionadas para representar as principais linhagens conhecidas.

Desse total, 11% das características eram inteiramente novas nas análises e 68% foram reinterpretadas pelos autores.

A maior parte das informações correspondia à anatomia externa, responsável por 73% dos caracteres analisados.

Os outros 27% estavam relacionados à anatomia interna.

Esse conjunto de dados permitiu comparar asas, pernas, estruturas bucais e partes internas do esqueleto de diferentes grupos.

Uma base construída durante mais de 15 anos

Os resultados não surgiram de um levantamento de curto prazo.

A equipe coordenada por Eduardo Almeida trabalha há mais de 15 anos na construção de uma ampla base de informações morfológicas sobre abelhas.

O projeto envolveu observação minuciosa, comparação de exemplares, revisão de características anatômicas e intercâmbio de materiais entre diferentes instituições.

Parte importante desse trabalho foi desenvolvida por Anderson Lepeco e Diego Sasso Porto durante suas formações na USP.

Lepeco concentrou sua pesquisa na sistemática das abelhas-sem-ferrão.

Porto estudou a morfologia comparada e a evolução das abelhas em uma escala mais ampla.

Coleções científicas foram fundamentais

Grande parte dos exemplares utilizados está relacionada à Coleção Entomológica Professor J. M. F. Camargo, da FFCLRP-USP.

Criada na década de 1960 pelo pesquisador João Maria Franco de Camargo, a coleção reúne atualmente centenas de milhares de exemplares.

Ela é considerada um dos acervos mais importantes do mundo para pesquisas envolvendo abelhas-sem-ferrão.

Os pesquisadores também utilizaram materiais de museus e universidades brasileiras e estrangeiras.

Foram analisados exemplares provenientes de instituições dos Estados Unidos, Alemanha, Canadá e outros países.

Expedições científicas realizadas em mais de dez países também ajudaram a aumentar a diversidade das amostras.

Fósseis entram onde o DNA não alcança

Uma das principais vantagens das análises morfológicas aparece quando os cientistas trabalham com organismos extintos.

O DNA raramente permanece preservado durante milhões de anos.

Estruturas anatômicas, por outro lado, podem sobreviver em fósseis e continuar fornecendo informações sobre espécies desaparecidas.

Esse foi um dos pontos centrais do estudo com as abelhas-sem-ferrão.

Os pesquisadores conseguiram inserir grupos fósseis diretamente nas análises evolutivas.

Com isso, foi possível testar hipóteses antigas sobre sua posição na árvore genealógica das abelhas.

Grupo extinto é apontado como parente próximo das abelhas-sem-ferrão

Um dos resultados mais importantes foi a identificação da tribo extinta Melikertini como a linhagem mais próxima das atuais abelhas-sem-ferrão.

Esses insetos são conhecidos apenas por fósseis encontrados no Hemisfério Norte.

Sua anatomia preserva combinações de características que não existem mais nas espécies viventes.

Esses traços ajudam a reconstruir etapas da evolução que desapareceriam completamente das análises caso os pesquisadores observassem apenas organismos atuais.

Os fósseis funcionam, portanto, como registros de caminhos evolutivos que não chegaram ao presente.

Proplebeia dominicana ajuda a esclarecer a história

A pesquisa também analisou a espécie fóssil Proplebeia dominicana.

O exemplar, encontrado preservado em âmbar na República Dominicana, há muito era associado às abelhas-sem-ferrão neotropicais.

Nas novas análises, sua posição permaneceu estável.

Esse resultado reforça seu papel na reconstrução da história evolutiva do grupo.

A presença de fósseis como esse permite ampliar a árvore filogenética para além das espécies atualmente existentes.

Nem todas as partes do corpo evoluem na mesma velocidade

O estudo mais amplo utilizou ferramentas computacionais recentes para estimar as taxas de transformação de diferentes regiões anatômicas.

Os resultados mostraram que a evolução não acontece com a mesma velocidade em todas as partes do organismo.

Algumas estruturas podem permanecer relativamente estáveis por milhões de anos.

Outras passam por períodos de mudanças rápidas.

Essas acelerações podem estar relacionadas ao aparecimento de novas adaptações e maneiras diferentes de explorar o ambiente.

A evolução das peças bucais

Um dos exemplos encontrados envolve o aparelho bucal das abelhas.

O surgimento das chamadas abelhas de língua longa esteve associado a um período de intensa transformação das estruturas utilizadas na alimentação.

Após essa fase de inovação, essas características passaram por relativa estabilização.

A mudança permitiu que determinadas linhagens explorassem recursos alimentares de maneiras diferentes.

As peças bucais registram, portanto, parte da história da relação entre as abelhas e as flores utilizadas como fonte de alimento.

O corpo guarda registros da adaptação

Estruturas relacionadas ao voo, à coleta de pólen, à alimentação e ao comportamento social também guardam informações sobre como diferentes linhagens se adaptaram.

Esses traços mostram que evolução não é apenas uma sequência de alterações genéticas.

Ela também se manifesta em formas e estruturas capazes de modificar a maneira como um organismo interage com seu ambiente.

Ao reunir centenas dessas características, os pesquisadores podem investigar o organismo como um sistema integrado.

Morfologia e genética nem sempre contam exatamente a mesma história

Os dados anatômicos e moleculares podem produzir interpretações diferentes sobre determinadas relações evolutivas.

Para os pesquisadores, essas divergências não representam necessariamente um problema.

Ao contrário, podem indicar processos evolutivos ainda não completamente compreendidos.

Quando informações genéticas e morfológicas apontam para direções diferentes, surge uma nova pergunta científica.

Investigar essa diferença pode revelar fenômenos que permaneceriam escondidos caso apenas uma fonte de informação fosse utilizada.

O que é o “fenoma” das abelhas?

A proposta dos pesquisadores é avançar para uma análise integrada das características dos insetos.

Esse conjunto pode ser entendido como o fenoma.

Assim como o genoma reúne as informações genéticas, o fenoma reúne as características observáveis de um organismo.

Durante muito tempo, estudos morfológicos concentraram-se em partes específicas do corpo.

Um trabalho podia analisar apenas asas.

Outro poderia se dedicar às peças bucais.

A fenômica procura reunir essas informações em uma mesma estrutura de dados.

Com isso, torna-se possível observar como diferentes características mudam simultaneamente e como estão relacionadas à evolução dos grupos.

Base poderá apoiar novas pesquisas

A grande quantidade de informações reunida pelos pesquisadores poderá ser utilizada em estudos futuros.

Entre os possíveis temas estão classificação, comportamento social, adaptação, biogeografia, evolução e conservação.

Ao disponibilizar uma estrutura ampla de características anatômicas, os trabalhos também criam uma referência para futuras comparações.

Novas espécies poderão ser incorporadas e novas hipóteses poderão ser testadas a partir dessa base.

Pesquisa básica exige décadas de trabalho

Os estudos também mostram a importância das coleções científicas e das pesquisas de longo prazo.

Parte dos materiais utilizados foi reunida ao longo de décadas.

Diferentes gerações de pesquisadores coletaram, identificaram, conservaram e estudaram os exemplares.

Sem esse trabalho acumulado, muitas das análises atuais simplesmente não poderiam ser realizadas.

Coleções biológicas preservam não apenas organismos.

Elas armazenam informações que podem ganhar novos significados à medida que novas tecnologias e perguntas científicas surgem.

Novas tecnologias podem ampliar a fenômica

A evolução das técnicas de imagem e computação deverá permitir análises ainda mais detalhadas.

Bases digitais podem facilitar a comparação de milhares de características.

Tecnologias tridimensionais também podem ampliar o acesso à anatomia interna dos organismos.

Essas ferramentas não eliminam a importância da observação tradicional.

Elas aumentam a quantidade de informações que pode ser obtida e comparada.

A história da vida também está escrita na anatomia

Os dois estudos mostram que o avanço da genética não tornou a morfologia ultrapassada.

As duas áreas respondem perguntas diferentes.

O DNA permite reconstruir relações de parentesco.

A anatomia mostra como asas, pernas, peças bucais e outras estruturas foram transformadas ao longo da história evolutiva.

Os fósseis acrescentam ainda uma dimensão impossível de obter apenas observando as espécies viventes.

Ao combinar genômica, fenômica e registro fóssil, os pesquisadores conseguem construir uma visão mais completa da evolução.

No caso das abelhas, essa abordagem está revelando uma história construída ao longo de milhões de anos e registrada não apenas em seus genes, mas também em cada detalhe de sua anatomia.

Os dois artigos foram publicados no Bulletin of the American Museum of Natural History.

Fonte: Jornal da USP.