Na lista de ferramentas científicas que nos ajudam a entender a saúde, a evolução ou o meio ambiente, o guppy de Trinidad nem sempre vem à mente.
Os peixes são mais frequentemente vistos como animais de estimação de aquário nos EUA e, em sua cidade natal, Trinidad, os guppies selvagens são tão onipresentes que são quase dados como garantidos.

"Em Trinidad, eles são chamados de peixes de drenagem e os moradores locais nos perguntam:'Por que você está estudando peixes de drenagem?'", disse Sarah Fitzpatrick, professora assistente do Departamento de Biologia Integrativa da Michigan State University.

"Guppies em Trinidad são como esquilos em Michigan", disse Sarah Evans, professora associada e colega de departamento de Fitzpatrick na Faculdade de Ciências Naturais.

Mas graças a uma combinação única de biologia e ecologia, os guppies forneceram aos pesquisadores insights sobre a evolução por décadas. Evans e Fitzpatrick levaram esses insights um passo adiante, mostrando o potencial dos guppies para ajudar a investigar grandes questões sobre como os micróbios que vivem em organismos hospedeiros contribuem para a saúde, sobrevivência e qualidade de vida.

Uma equipe de pesquisa liderada pelos Spartans, ambos baseados no W.K. Kellogg Biological Station, publicou seus resultados em 25 de maio na revista Proceedings of the Royal Society B:Biological Sciences .

À medida que os cientistas aprendem mais sobre o microbioma intestinal – a coleção de micróbios que vive no trato digestivo de um organismo hospedeiro – fica cada vez mais claro que ele desempenha um papel importante no bem-estar de seu hospedeiro. Na verdade, a saúde humana está intimamente ligada ao nosso microbioma intestinal.

Evans e Fitzpatrick estão interessados ​​em algumas das questões gerais da biologia e queriam entender melhor como os microbiomas mudam à medida que os organismos evoluem.

“Como o microbioma afeta a aptidão – a saúde e a reprodução de um organismo – ele pode afetar a evolução”, disse Evans, que é membro do corpo docente do Programa de Ecologia, Evolução e Comportamento da MSU, ou EEB.

A natureza está repleta de exemplos interessantes disso, entre eles os cupins. Ao longo de seu caminho evolutivo, os cupins se adaptaram para receber populações de protozoários unicelulares em seus intestinos que lhes permitem digerir madeira.

Pandas gigantes fornecem outro exemplo. A dieta afeta um microbioma e os pandas comem apenas folhas. No entanto, os microbiomas dos pandas podem se assemelhar mais aos de seus parentes carnívoros do que alguns de seus parentes herbívoros. Isso provavelmente se deve à forma e ao tamanho do próprio intestino do panda, que evoluiu de um ancestral carnívoro.

Evans e Fitzpatrick queriam investigar melhor quais são os maiores impulsionadores dos microbiomas à medida que os organismos hospedeiros evoluem. Podem ser coisas como forma do intestino, dieta ou características de um novo ambiente, que provavelmente contém micróbios estranhos ao hospedeiro. Os pesquisadores sabiam que os guppies poderiam emprestar uma barbatana de seu "laboratório natural" único.

"Trinidad é uma ilha continental", disse Fitzpatrick, que também é membro do corpo docente do programa EEB e coordenador do Laboratório de Ecologia Molecular e Genômica da Estação Biológica Kellogg. "Ele se separou da América do Sul há muito tempo. Na verdade, tem uma continuação da parte mais ao norte da cordilheira dos Andes."

Rios e córregos correm pelas montanhas de Trinidad em sistemas independentes. Dentro de cada sistema de água existem ecossistemas independentes de guppies que naturalmente não se afastam muito de casa.

Na década de 1950, os pesquisadores da evolução perceberam que podiam pegar guppies de um ecossistema onde os peixes tinham muitos predadores naturais e colocá-los em outro onde não tinham. Com o tempo, os genes e as características dos peixes se adaptariam para refletir as populações nativas nesses ambientes de baixo predador. Da mesma forma, peixes transferidos de locais de baixa predação se adaptariam quando transferidos para riachos com alto número de predadores.

"E é repetível. Eles evoluem da mesma maneira quase todas as vezes", disse Evans. "É por isso que este sistema está nos livros didáticos."

“Dado que sabemos que os guppies evoluem muito rápido de maneiras paralelas, podemos perguntar como o microbioma muda à medida que os guppies evoluem”, disse Fitzpatrick.

Evans e Fitzpatrick retornaram aos mesmos locais onde os cientistas costumavam estudar a evolução do guppy para, em vez disso, amostrar o microbioma de peixes nativos, bem como populações transplantadas. Indo para mais de uma dúzia de locais diferentes, eles amostraram linhagens de peixes que foram transplantadas há cinco anos e outras que foram transferidas para mais perto de 60 anos atrás.

Trabalhando com especialistas brasileiros da Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Evans e Fitzpatrick descobriram que os microbiomas dos guppies mudaram em resposta ao seu ambiente muito mais rápido do que seus genes e características físicas. A forma das tripas do guppy, que determina quais tipos de micróbios sobrevivem lá, também mudou mais rapidamente do que o esperado.

No entanto, ao contrário dos genes e características dos descendentes de peixes transplantados, suas populações de micróbios intestinais não acabaram combinando com as encontradas nos peixes nativos de um ambiente específico. Apesar da incompatibilidade, porém, a função dos microbiomas foi semelhante. Ou seja, as linhagens de peixes transplantadas tinham micróbios diferentes que estavam essencialmente fazendo a mesma coisa que os nativos.

Evans e Fitzpatrick inventaram a ideia para este estudo anos atrás, quando ambos eram pesquisadores de pós-doutorado. Foi uma ideia espontânea, mas que combinaria os pontos fortes de Evans, especialista em microbiologia, e Fitzpatrick, especialista em ecologia evolutiva.

"Esta é a coisa excitante sobre colaborações interdisciplinares, fundindo ideias e conhecimentos", disse Fitzpatrick. "Então isso abre novas e interessantes questões."

Os dois foram para Trinidad coletar amostras em 2014 e, na época, era um projeto paralelo. Desde então, eles estão iniciando seus próprios laboratórios de pesquisa na MSU, dificultando encontrar tempo para concluir o projeto – um desafio que foi ainda mais acentuado durante a pandemia do COVID-19.

Agora, eles publicaram a pesquisa em uma edição especial de Proceedings of the Royal Society B:Biological Sciences , que está apresentando o trabalho dos afetados pelo coronavírus, especialmente mulheres e cuidadores.

"Ficamos muito felizes em apoiar esta edição especial", disse Fitzpatrick. "Três dos quatro autores são mulheres com filhos."

Embora fosse uma edição especial, a pesquisa passou pela típica e rigorosa revisão por pares antes da publicação. E os pesquisadores ouviram algumas das críticas típicas de um estudo como este.

Para alguns revisores, o sistema guppy é muito confuso; não dá aos pesquisadores o suficiente controle que eles teriam com experimentos de laboratório. Para outros, não é confuso o suficiente. Com a ecologia única dos guppies, eles se perguntam como as descobertas derivadas de guppies podem ser aplicadas na natureza. Mas outra maneira de ver isso é que nenhum estudo é perfeito e os guppies não permitem que o perfeito se torne inimigo do bom.

"Achamos que estamos em um ponto ideal - um laboratório natural", disse Evans. "Há poder em ter esse meio-termo."