Uma equipe internacional ampla realizou o mapeamento genético das borboletas glasswing encontradas na América Central e do Sul, reescrevendo a árvore evolutiva e revelando seis novas espécies.

O grupo inclui especialistas do Wellcome Sanger Institute, da Universidad Regional Amazónica Ikiam no Equador, da Universidade Estadual de Campinas no Brasil, da Universidade de Cambridge, entre outros.

A pesquisa, publicada em 28 de julho nos Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), começa a desvendar novas descobertas sobre essas borboletas, além de fatores que contribuem para a rápida diversificação de espécies e por que algumas delas são mais capazes disso. Esses achados ajudam os especialistas a compreender melhor como a vida evoluiu até o presente e, possivelmente, sugerem como poderá mudar no futuro.

Por exemplo, os pesquisadores descobriram que, entre as borboletas glasswing, mesmo as espécies mais próximas produzem feromônios diferentes, o que indica que conseguem identificar outras da mesma espécie. Considerando que todas essas borboletas são visualmente semelhantes para ensinar as aves que são tóxicas, isso lhes permite encontrar um parceiro compatível.

Ao desvendar a taxonomia dessas borboletas, a equipe respondeu a perguntas que permaneciam sem resposta há pelo menos 150 anos. Os pesquisadores também apresentam dez genomas de referência disponíveis gratuitamente que podem ajudar a monitorar e preservar populações de insetos em algumas das áreas mais biodiversas do mundo.

As borboletas são utilizadas na conservação como espécie indicadora, servindo para rastrear e monitorar os níveis de biodiversidade e outros insetos em uma região.

As borboletas glasswing (Ithomiine) são encontradas na América Central e do Sul e representam uma parte substancial das espécies de borboletas da região, tornando-se bons indicadores da biodiversidade em áreas extremamente biodiversas, como a floresta amazônica.

No entanto, existem mais de 400 espécies de borboletas glasswing, e todas as espécies em uma área apresentam características visualmente semelhantes para desencorajar aves de se alimentarem delas, com colorações que sugerem toxicidade.

Além disso, as borboletas glasswing podem sofrer radiação rápida, onde muitas novas espécies surgem de um mesmo ancestral em um curto espaço de tempo. Como estão muito estreitamente relacionadas, isso dificulta a identificação visual e o rastreamento das diferentes espécies de borboletas.

Para desenredar geneticamente essas borboletas, uma equipe internacional, incluindo cientistas do Sanger Institute, sequenciou os genomas de quase todas as espécies de duas radiações particularmente rápidas de borboletas glasswing para remapear suas árvores evolutivas. Dentre essas espécies, 10 foram sequenciadas com a qualidade de “referência”, estando disponíveis gratuitamente para a comunidade de pesquisa.

Com o mapeamento genético dessas borboletas, a equipe destacou que seis subespécies eram mais geneticamente distintas do que se pensava anteriormente, levando à sua classificação como novas espécies individuais. Além disso, entender as espécies a partir de uma perspectiva genômica permite que os especialistas identifiquem quaisquer diferenças visuais que possam ser utilizadas para reconhecer e acompanhar as diferentes espécies, agora que estão confirmadas como geneticamente distintas.

A equipe também investigou se os genomas continham pistas sobre por que essas borboletas apresentam tantas espécies e o que permitiu seu desenvolvimento tão rápido. Embora a maioria das borboletas possua 31 cromossomos, foi encontrado que nas borboletas glasswing, o número de cromossomos varia consideravelmente, variando entre 13 e 28. Embora compartilhem em grande parte os mesmos genes, esses genes estão organizados em cromossomos de maneira diferente em cada espécie, um processo conhecido como rearranjo cromossômico.

Esses rearranjos cromossômicos têm consequências para a reprodução. Para se reproduzir, as borboletas precisam produzir ovos e espermatozoides, mas isso depende do alinhamento dos cromossomos. Isso significa que, se duas borboletas com rearranjos cromossômicos diferentes se acasalarem, sua prole seria estéril, pois não conseguiriam produzir espermatozoides ou ovos. Assim, as borboletas evoluíram um novo mecanismo utilizando feromônios para detectar possíveis parceiros com uma configuração cromossômica similar à sua, evitando assim a produção de descendentes estéreis.

Os pesquisadores sugerem que o alto nível de rearranjos cromossômicos nessas borboletas é crucial para sua capacidade de formar novas espécies rapidamente, pois uma vez que uma população altera seu número de cromossomos e forma sua própria espécie, pode se adaptar mais rapidamente a diferentes altitudes ou plantas hospedeiras. O motivo por trás da alta frequência de rearranjos ainda é um mistério e é algo que os cientistas estão investigando.

Compreender a radiação rápida em insetos pode ter implicações para a pesquisa em conservação, entender como as espécies se adaptam às mudanças climáticas, bem como possíveis repercussões para a agricultura e controle de pragas.

A Dra. Eva van der Heijden, primeira autora no Wellcome Sanger Institute e na Universidade de Cambridge, afirmou: “As borboletas glasswing são um grupo de insetos incrivelmente adaptáveis que têm sido valiosas na pesquisa ecológica por cerca de 150 anos. No entanto, até agora, não havia um recurso genético que nos permitisse identificar robustamente diferentes espécies, e torna-se difícil monitorar e rastrear algo que não pode ser facilmente identificado. Com esta nova árvore evolutiva, informada geneticamente, e múltiplos novos genomas de referência, esperamos que seja possível avançar na pesquisa sobre biodiversidade e conservação em todo o mundo, ajudando a proteger as borboletas e outros insetos que são cruciais para muitos ecossistemas da Terra.”

A Dra. Caroline Bacquet, autora sênior na Universidad Regional Amazónica Ikiam no Equador, disse: “Ter os genomas de referência para os dois grupos de borboletas glasswing, Mechanitis e Melinaea, nos permitiu analisar mais de perto como elas se adaptaram à vida em estreita proximidade com seus parentes. Essas borboletas compartilham a responsabilidade de afastar predadores exibindo padrões de cores semelhantes, e, ao produzirem feromônios diferentes, conseguem encontrar parceiras e reproduzir-se com sucesso. Agora que esclarecemos as espécies de borboletas glasswing, podemos procurar marcas ou diferenças específicas entre elas, criando novas maneiras de rastreá-las durante o trabalho de campo.”

A Dra. Joana Meier, autora sênior no Wellcome Sanger Institute, afirmou: “Estamos no meio de uma crise de extinção e entender como novas espécies evoluem, e evoluem rapidamente em alguns casos, é essencial para preservar as espécies. Comparar borboletas que formam novas espécies rapidamente com outras que não o fazem pode estabelecer um parâmetro de quão comum isso é entre os insetos e destacar os fatores envolvidos. Isso, por sua vez, poderia identificar quaisquer espécies que precisem de conservação mais próxima e, possivelmente, identificar genes que são importantes no processo de adaptação e que podem ter aplicações na agricultura, medicina ou bioengenharia. Esta pesquisa não teria sido possível sem a colaboração global. Temos um só planeta e devemos trabalhar juntos para compreendê-lo e protegê-lo.”

Este estudo foi viabilizado por uma grande colaboração internacional. Além dos já mencionados, este trabalho incluiu pesquisadores da Harvard University, EUA, da Universidade Federal de Pernambuco, Brasil, da Technische Universität Braunschweig, Alemanha, da Universidade de York, da Universidade de Bristol, da Université de Guyane, França, da Universidad Nacional Mayor de San Marcos, Lima, Peru, do Smithsonian Tropical Research Institute, Panamá, da University of Florida, EUA, e da Université des Antilles, Paris, França. Uma lista completa de colaboradores e afiliações pode ser encontrada na publicação.

Esta pesquisa recebeu financiamento do Wellcome e outros. Uma lista completa de agradecimentos a financiadores pode ser encontrada na publicação.