Exemplar da espécie Acrodicrania fasciata que ilustra capa do trabalho publicado por pesquisadores brasileiros no Bulletin of the American Museum of Natural History (foto: Sarah Siqueira de Oliveira/UFG)

Após 15 anos de pesquisas, cientistas reconstroem evolução de grupos de mosquitos da era dos dinossauros

30 de julho de 2021

André Julião | Agência FAPESP – Nos últimos 15 anos, dois pesquisadores têm se dedicado a contar uma história de mais de 100 milhões de anos praticamente usando apenas microscópio, pinça e o olhar bem treinado. Revisando intensamente a literatura sobre o assunto, viajando o mundo para coletar espécimes e analisando outros depositados em museus de história natural, os pesquisadores Sarah Siqueira de Oliveira, atualmente professora da Universidade Federal de Goiás (UFG), e Dalton de Souza Amorim, professor da Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto da Universidade de São Paulo (FFCLRP-USP), publicaram o mais completo trabalho feito até hoje sobre um subgrupo dos chamados mosquitos-de-fungo.

A publicação, com mais de cem páginas e 107 figuras, coloridas em sua maioria, ocupa um volume inteiro do tradicional Bulletin of the American Museum of Natural History, publicado desde 1881 pelo museu norte-americano. O trabalho deixa clara ainda a importância do financiamento público contínuo à ciência, uma vez que foi apoiado por diversos projetos da FAPESP desde 2004.

Entre as novidades, o extenso levantamento levou à descrição de novas espécies e a uma nova proposta de classificação da família Mycetophilidae, como é conhecido o grupo dos chamados mosquitos-de-fungo. Surgidos no final do Jurássico, há mais de 145 milhões de anos, e se diversificando até chegar aos dias de hoje, os mosquitos da família Mycetophilidae (cujo nome, em latim, significa “que gostam de fungo”) têm larvas que se alimentam de cogumelos, orelhas-de-pau, esporos e de outras partes desses organismos que crescem em madeira em decomposição.

Os pesquisadores se debruçaram sobre um subgrupo chamado Leiinae, originado no sul do supercontinente Gondwana, que posteriormente se dividiu nas atuais América do Sul, África e Antártica, Índia, Austrália e Nova Zelândia. O grupo, que conviveu com os dinossauros, é uma das cinco subfamílias e uma das mais diversas dentro de Mycetophilidae, com mais de 600 espécies descritas para o mundo todo. Há pelo menos 2 mil espécies que ainda carecem de descrição. O novo trabalho concluiu que a subfamília abriga 37 gêneros e tem alguns fósseis preservados em âmbar.

“Não havia um consenso na literatura científica sobre quais grupos pertenciam a essa subfamília. Escolhemos, então, trabalhar tanto na descrição e nomeação das espécies, como em entender as relações evolutivas. É um grupo bastante diverso e pouco conhecido na região neotropical”, conta Oliveira, que estudou com cuidado mais de mil exemplares para concluir o trabalho.

A pesquisadora começou a estudar evolução de insetos ainda na graduação em biologia, na USP em Ribeirão Preto. Na época, o Programa BIOTA-FAPESP, lançado em 1999, estava em seus primeiros anos. Existia, portanto, uma grande quantidade de material coletado para ser identificado, uma oportunidade para Oliveira estudar os mosquitos-de-fungo. Esse primeiro trabalho contou com bolsa de iniciação científica da FAPESP, entre 2005 e 2006.

A pesquisa era parte de um projeto maior, “Limites geográficos e fatores causais de endemismo na Mata Atlântica em Diptera”, coordenado por Amorim, seu orientador, no âmbito do BIOTA. Ainda como parte desse projeto, a pesquisadora realizou o mestrado e o doutorado.

Enquanto os esforços na graduação se dedicavam a identificar espécimes coletados na Mata Atlântica e o projeto de mestrado focava um gênero particularmente diverso, o trabalho de doutorado se propôs a uma análise ampla da subfamília Leiinae – até então uma das menos estudadas dentro dos mosquitos-de-fungo. Este último serviu de base para a publicação atual, que foi ampliada com os resultados do pós-doutorado, também apoiado pela FAPESP.

“Os insetos são grupos bastante antigos e muitos têm distribuição mundial. Por isso, como orientador, costumo escolher temas em que os alunos se tornem lideranças mundiais em grupos que têm poucos especialistas. Escolhemos esse grupo importante, pois aí havia uma lacuna de conhecimento. E com esse trabalho, Sarah assumiu uma liderança na área”, afirma Amorim.

Jurassic Park

Tornar-se uma autoridade em um grupo de animais que ocorre no mundo todo exige a análise dos espécimes pessoalmente. Muitos exemplares encontram-se nos acervos de museus de história natural, instituições que têm por missão preservar o maior e mais diverso número possível de espécimes de animais, vegetais e minerais.

No doutorado, Oliveira foi à Austrália e analisou as coleções do Museu Australiano (AMSA), em Sidney, e do CSIRO-ANIC, em Camberra; no caminho de volta para o Brasil, parou para trabalhar nos museus sul-africanos de Kwa-Zulu Natal (NMSA), Iziko (SAMC) e Pretória (National Collection). Em outra viagem, estudou ainda coleções dos Estados Unidos e do Canadá. No pós-doutorado, parte dele com uma Bolsa de Estágio de Pesquisa no Exterior (BEPE) da FAPESP, Oliveira passou um período estudando a coleção do Museu de História Natural em Londres. Ela aproveitou ainda a estadia na Europa para visitar os acervos de museus na França e na Alemanha. Entre estudos in loco e de material enviado por correspondência, foram analisadas coleções de dez países. Amorim, por sua vez, fez coletas no Chile, Nova Zelândia, Austrália, Costa Rica, Califórnia e Nepal, além do Brasil.

“Uma parte importante desse trabalho foi trazer de volta para o Brasil exemplares que haviam sido coletados aqui, mas que não existiam em coleções brasileiras. São animais muito diversos na região neotropical, que se originaram no sul de Gondwana e depois se espalharam para o resto do mundo. Historicamente, porém, pesquisadores dos países do hemisfério Norte descreveram muitas espécies brasileiras até a década de 1940. Uma parte das coleções foi agora repatriada”, diz a pesquisadora.

Em alguns dos museus, parte do acordo para que Oliveira pudesse fazer seus estudos era organizar as coleções de mosquitos, muitas vezes guardadas há anos sem um especialista para identificar e organizar o material.

“Muitos eram exemplares únicos ou com poucas unidades, além de muito antigos. Esses fatores costumam impossibilitar a análise genética. No entanto, o estudo da morfologia, usando microscópio, é suficiente para obter a maior parte das evidências no nosso trabalho. Além disso, não é possível estudo de material genético dos fósseis e a morfologia é a fonte de informação que permite incluí-los no sistema”, explica Amorim.

Um dos princípios do trabalho de taxonomistas como Oliveira e Amorim é justamente encontrar padrões de compartilhamento de caracteres na morfologia dos animais —como asas, pernas e outras partes que os tornem únicos. No estudo publicado agora, foram usados 128 caracteres para diferenciar os gêneros, como estruturas da cabeça, tórax, pernas, asas e órgão sexual.

Para criar uma estrutura de classificação com todos os gêneros da subfamília, os pesquisadores acrescentaram três novas tribos às quatro já existentes. O estudo incluiu 54 espécies conhecidas de fósseis, sendo 12 gêneros extintos, oito deles contando com exemplares preservados em âmbar, forma cristalizada da seiva de árvores que ganhou fama com o filme Jurassic Park, de 1993.

O inseto que aparece no filme, inclusive, não se alimentava de sangue como mostrado, segundo Amorim: trata-se de um dos mosquitos-de-fungo da família Keroplatidae.

“Os dinossauros são sempre um sucesso de público, mas pouca gente fala onde eles viviam, o que comiam, que outros seres viviam no seu entorno. Nosso trabalho mostra que naquele período existia também esse grupo de mosquitos voando perto de seus pés, cujas larvas comiam os fungos associados a florestas. Nesse período, estas eram basicamente de coníferas, diferentes das atuais florestas tropicais. Podemos agora vislumbrar um cenário cada vez mais completo do entorno da flora e da fauna nessa época”, encerra o pesquisador.

O artigo Phylogeny, classification, Mesozoic fossils, and biogeography of the Leiinae (Diptera: Mycetophilidae) pode ser lido em: https://digitallibrary.amnh.org/handle/2246/7256.

Identificação de primeiro inseto da ordem Diptera na região neotropical com luciferina abre caminho para estudos sobre outras funções bioquímicas da molécula produtora de luz no organismo desses animais (imagens: Vadim Viviani / UFSCar)

Descoberta substância bioluminescente em larva de mosquito brasileiro

02 de outubro de 2018

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André Julião  |  Agência FAPESP – Encontrada na entrada de cavernas do Parque Estadual Intervales, em Ribeirão Grande (SP), uma larva de mosquito aparentemente não tinha interesse para o grupo do bioquímico Vadim Viviani, professor da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), em Sorocaba, que investiga a capacidade de alguns seres vivos de produzir a própria luz.

A larva do gênero Neoditomyia, porém, mostrou-se um promissor objeto de estudo. Apesar de não emitir luz como alguns outros insetos da família Keroplatidae na ordem Diptera, das moscas e mosquitos, ela possui uma molécula imprescindível aos animais bioluminescentes desta família, a luciferina.
A descoberta, inédita na região neotropical, foi publicada na revista Photochemical & Photobiological Sciences.

As outras 15 espécies da família Keroplatidae que possuem luciferina só são encontradas nos Montes Apalaches nos Estados Unidos (uma espécie), na Nova Zelândia (oito), na Austrália (uma) e na Eurásia (cinco). Todas são bioluminescentes.

“Se o que encontramos aqui possui luciferina mesmo sem emitir luz, é possível que a molécula tenha uma outra função bioquímica no organismo que ainda não sabemos”, disse Viviani à Agência FAPESP.

A larva de mosquito da Mata Atlântica não emite luz porque tem apenas um dos elementos para isso, a luciferina. Trata-se de uma molécula pequena que, ao ser oxidada (exposta ao oxigênio), emite luz.
Para que a luciferina seja oxidada e emita luz, no entanto, o animal precisa produzir também a luciferase, uma enzima que catalisa a reação bioluminescente. As parentes do hemisfério Norte e da Oceania, além de insetos como os vagalumes, possuem essas duas moléculas e, por isso, fabricam a própria luz.
As estruturas moleculares das luciferinas e das enzimas luciferases de dípteros e vagalumes são completamente diferentes, uma não reage com a outra para produzir luz. Somente a luciferina e a luciferase do mesmo organismo conseguem reagir para produzir luz.

Para saber se a substância encontrada na larva do mosquito era mesmo luciferina, ela foi misturada à luciferase purificada de Orfelia fultonii, espécie encontrada nos Apalaches. Para surpresa dos pesquisadores, a mistura gerou uma luz azul similar à da espécie do hemisfério Norte.

As enzimas parecidas com luciferases de besouros já haviam sido encontradas antes em especies não luminescentes. Entretanto, a ocorrência de luciferinas em organismos terrestres sempre estava restrita às espécies luminescentes, não ocorrendo em espécies não luminescentes, daí a novidade da descoberta.

Além de Viviani, o trabalho teve ainda como autores o pós-doutorando Danilo Trabuco do Amaral e a doutoranda Vanessa Rezende Bevilaqua, ambos da UFSCar e bolsistas da FAPESP, além da pós-doutoranda Rafaela Falaschi, da Universidade Estadual de Ponta Grossa. O estudo integra o Projeto Temático "Bioluminescência de Artrópodes", financiado pela FAPESP.

Uso em laboratório

Mais do que encantar as pessoas que encontram as espécies bioluminescentes à noite, as substâncias presentes nelas têm bastante aplicação nas áreas de pesquisa médica, biotecnológica, industrial e farmacêutica. Por meio de manipulação genética, células específicas podem ser marcadas com substâncias bioluminescentes e serem facilmente visualizadas no microscópio.

“Elas já são usadas para marcar células de câncer, testar a viabilidade de espermatozoides, detectar patógenos e mesmo metais pesados em amostras de água”, disse Viviani, que também é presidente da International Society for Bioluminescence and Chemiluminescence (ISBC).

Quando for caracterizada por completo, a nova luciferina poderá ser utilizada também para aplicações analíticas, incluindo marcar células específicas. “Ainda não sabemos todo o potencial aplicativo dessa nova substância, mas ela tem peculiaridades em sua composição química que podem levar a muitos outros usos”, disse Viviani.

O professor da UFSCar lembra que luciferina e luciferase que produzem luz azul possuem aplicações diferentes na biotecnologia em relação à luciferina e luciferase de vagalumes que produzem luz verde-amarela, por terem mais energia.

Evolução recente

Os autores do estudo agora publicado testaram ainda larvas de outras duas espécies de mosquito, em busca de luciferina que interagisse com a luciferase da Orfelia fultonii.
Embora a Arachnocampa luminosa seja conhecida por emitir luz para enganar suas presas em cavernas na Nova Zelândia, o ensaio em laboratório mostrou que ela possui um sistema bioluminescente diferente, pois não emitiu luz quando em contato com a luciferase da espécie dos Montes Apalaches.

O mesmo ocorreu com as amostras de Aedes aegypti, mostrando que o mosquito transmissor da dengue, chikungunya, zika e febre amarela não possui moléculas similares à luciferina, pelo menos não que interajam com a luciferase testada.

O estudo, porém, abre caminho para a busca de substâncias bioluminescentes em outras espécies. A ocorrência da luciferina em uma larva não luminescente pode indicar outra função biológica importante da substância nessa família de mosquitos. Além disso, pode implicar que a bioluminescência é uma característica evolutiva mais recente, tendo surgido em mosquitos que já possuíam luciferina para outras finalidades biológicas.
Os pesquisadores não excluem a possibilidade futura de aplicar esses conhecimentos com luciferina e luciferase de mosquitos luminescentes no controle de mosquitos que são vetores de doenças, pois essas moléculas são ideais para marcar células e investigar processos intracelulares.
“Além disso, se a luciferina de dípteros e compostos relacionados tiverem função importante na fisiologia do organismo, poderíamos eventualmente interferir na reprodução dos mesmos”, disse Viviani.
A próxima etapa do projeto é determinar a estrutura química da nova luciferina, o que Viviani pretende fazer em colaboração com o professor Cassius Stevani, do Instituto de Química da USP, e outras instituições parceiras.
O artigo Orfelia-type luciferin and its associated storage protein in the non-luminescent cave worm Neoditomyia sp. (Diptera: Keroplatidae) from the Atlantic rainforest: biological and evolutionary implications (doi: 10.1039/c8pp00207j), de Vadim R. Viviani, Danilo T. Amaral, Vanessa R. Bevilaqua e Rafaela L. Falaschi, pode ser lido em: https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/pp/c8pp00207j.