Essas três espécies de sapos-espadachim metamorfoseiam-se de maneira diferente. As duas primeiras espécies da esquerda são capazes de regular o momento de sua metamorfose modulando a produção de hormônios. A espécie da direita tem um período fixo para sua metamorfose. É tudo graças aos lagos em que vivem. Crédito:Robert Denver
Diferentes espécies de sapos spadefoot abordam a metamorfose de forma diferente, e tudo graças ao lago em que cresceram, de acordo com uma equipe de pesquisadores que inclui um cientista da Universidade de Michigan.
Os pesquisadores descobriram que algumas espécies podem regular o momento de sua metamorfose, regulando a produção de hormônios, enquanto o tempo de outras espécies é fixo.
Seu estudo, publicado em Nature Communications , é um dos primeiros a fornecer um mecanismo - neste caso, as diferenças nas maneiras como a metamorfose é controlada por hormônios em diferentes espécies de sapo-espadachim - isso está na base de uma teoria chamada acomodação genética. A teoria foi introduzida há mais de 15 anos por Mary Jane West-Eberhard, uma bióloga evolucionista que completou todos os seus diplomas na U-M, diz o autor do estudo, Robert Denver, um neuroendocrinologista de desenvolvimento U-M.
Nesta teoria, quando organismos de qualquer tipo - micróbios, plantas ou animais - experimentam mudanças em seu ambiente, hora extra, esse organismo pode mudar seu fenótipo, ou suas características físicas, que se desenvolvem em reação ao seu ambiente. West-Eberhard sugeriu que diferenças entre espécies e novos fenótipos podem evoluir por meio da mudança de seu fenótipo ancestral. Essas mudanças então se fixam por meio do processo de acomodação genética.
A espécie de sapo spadefoot Pelobates cultripes pode induzir metamorfose quando sente que seu tanque está secando para escapar como um sapo juvenil. Crédito:Universidade de Michigan
"Para que isso funcione, os ancestrais devem ter tido a capacidade de expressar uma variedade de fenótipos em resposta a diferentes ambientes, um processo conhecido como plasticidade fenotípica ou plasticidade de desenvolvimento ", disse Denver, professor e presidente do Departamento de U-M de molecular, Biologia Celular e do Desenvolvimento.
Por exemplo, a aparência dos humanos pode variar dependendo de suas dietas, estresse, ou uma série de outros fatores.
"Todos nós temos um genótipo, ou genes, aquele código para proteínas que, em última análise, determina nossa aparência e qual é a capacidade de nosso crescimento. Mas dentro disso, há uma variedade de tamanhos de corpo que podem ser alcançados com base no ambiente, "disse Denver, que também é professor de ecologia e biologia evolutiva. "À medida que os valores ambientais mudam para os extremos, a seleção natural pode favorecer os fenótipos que são mais capazes de ganhar a vida no novo ambiente. "
Nos sapos que Denver estudou, a chave estava em saber se os lagos de água em que os girinos eclodiam eram permanentes ou de curta duração.
A espécie de sapo spadefoot Spea multiplicata pode induzir metamorfose quando sente que seu tanque está secando para escapar como um sapo juvenil. Crédito:Universidade de Michigan
Os pesquisadores descobriram que as espécies de sapos-espadas que vivem em lagoas semipermanentes podem desencadear sua própria metamorfose quando sentem que seu lago está secando. A ativação de suas glândulas tireoides estimula a metamorfose, assim como em humanos, mas os sapos também ativam suas glândulas supra-renais. Isso produz um hormônio do estresse que acelera a metamorfose, permitindo que o girino escape do tanque de secagem e se mova para a terra como um adulto jovem.
Outras espécies de sapos spadefoot se reproduzem em poças efêmeras, por exemplo, poças de água no deserto do Arizona que existem apenas por 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-espadas que se reproduzem nas poças efêmeras também afeta seu tamanho na idade adulta. Os sapos spadefoot que se reproduzem em lagos semipermanentes têm cerca de meio dólar quando se metamorfoseiam, enquanto a outra espécie tem o tamanho de uma moeda de dez centavos, Denver disse.
Denver diz que o ancestral comum dos sapos-pá era provavelmente capaz de modular o momento de sua metamorfose, mas quando alguns sapos-spadefoot começaram a viver em situações extremamente desafiadoras, ambientes áridos, eles mudaram seu período de desenvolvimento para um período muito curto, fixo um.
A espécie de sapo spadefoot Scaphiopus couchii vive em lagoas efêmeras e não pode regular o momento de sua metamorfose. Eles podem ir da incubação à metamorfose e podem se reproduzir em cerca de 10 dias. Crédito:Universidade de Michigan
"Seus ancestrais provavelmente tinham a capacidade de se metamorfosear ao longo de um intervalo de tempo, por exemplo, de duas semanas a três meses ou mais, "Denver disse." Mas com o tempo, ou seu habitat tornou-se muito mais seco, ou por acaso se mudaram para esses ambientes secos, e os indivíduos que sobreviveram lá foram aqueles que tiveram este período de desenvolvimento muito curto. "
Em ambientes mais secos, a seleção natural favoreceu os sapos individuais com um desenvolvimento muito rápido, mas não tinha a capacidade de variar sua taxa de desenvolvimento em resposta ao ambiente. Em vez de, seus sistemas endócrinos são ativos muito mais cedo no desenvolvimento, e seus tecidos tornaram-se muito mais sensíveis ao sinal hormonal.
"Nosso estudo é um dos poucos exemplos de um mecanismo fisiológico / de desenvolvimento subjacente à acomodação genética, "Denver disse.
Denver conduziu a pesquisa com os coautores Saurabh Kulkarni e Daniel Buchholz no departamento de ciências biológicas da Universidade de Cincinnati, e Ivan Gomez-Mestre na Estação Biológica de Doñana na Espanha.
