Quando é que os insectos evoluíram?

Caso você estivesse se perguntando, finalmente 1.659.420 espécies de animais foram descritas pelos cientistas. Quase 80% delas são artrópodes, ou insetos e seus parentes crocantes.

Nosso Planeta dos Artrópodes é dominado por insetos, e quando e como os insetos tomaram conta da Terra é uma questão que intriga os naturalistas há séculos. Em um incrível esforço internacional, 100 cientistas combinaram sua biologia molecular, computacional, estatística, paleontologia e conhecimento taxonômico para descobrir algumas conclusões surpreendentes sobre quando os principais grupos de insetos evoluíram:

B. Misof, et al. 2014. Phylogenomics resolve o tempo e o padrão de evolução dos insetos. Ciência 346 (6210): 763-767.

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Como se resolve um problema como os insectos?

A história desta investigação é quase tão interessante como os resultados. Fazer sentido da diversidade de insetos em coleções tem sido tradicionalmente uma tarefa para um especialista solitário, geralmente especializado em apenas um subconjunto de um grupo. Eles se tornam tão identificados com seus organismos de estudo, que podem ser apresentados como “O Homem Formiga” ou “A Mulher Vespa”. (Nenhum taxonomista que conheço usa collants e capas de spandex para trabalhar, pelo que estou profundamente grato). Com mais de um milhão de espécies descritas, não é difícil ver como alguém pode passar uma vida inteira tentando fazer ordem a partir do caos da biodiversidade.

Taxonomia tem uma história de conflito e excentricidade, e a entrada de novas tecnologias moleculares no mundo dos pequenos alfinetes e espécimes de museu nem sempre foi (http://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/14772000.2010.534512#tabModule “Como nomear uma espécie como “procrastinador”). Quando a sequência era cara e demorada, a questão era “que espécie devemos fazer a seguir?”. A competição por financiamento e espaço de laboratório foi rápida.

Com os avanços tanto na computação quanto no sequenciamento de próxima geração, a velocidade e o custo do sequenciamento caíram o suficiente para que os cientistas pudessem se unir e fazer perguntas maiores. Brian Wiegmann, da Universidade Estadual da Carolina do Norte (Autor #74) colocou isso elegantemente: “Não basta catalogar os livros na biblioteca; queremos compreender o seu conteúdo”

Bernhard Misof do Zoological Research Museum Alexander Koenig, Alemanha (Autor #1), Xin Zhou do China National GeneBank, BGI-Shenzhen, China (Autor #100), e Karl Kjer da Rutgers University, EUA (Autor #99), chegaram a um plano ambicioso. Eles formaram 1KITE; a sigla significa 1K Insect Transcriptome Evolution (Evolução do Insecto 1K). Uma equipe global de especialistas foi recrutada para ajudar a criar um inventário de transcriptomas de acesso aberto (todos genes expressos em um organismo) para 1.000 espécies de insetos. Esta base de dados será usada para responder a perguntas sobre como os insetos evoluíram para a incrível diversidade de formas que vemos hoje, e também tem aplicações na medicina, agricultura e ecologia da conservação.

O artigo lançado esta semana trata principalmente do momento da evolução dos insetos, com base em um subconjunto de 144 espécies. Os pesquisadores estão procurando respostas para algumas perguntas muito grandes: Quando é que os insectos evoluíram de voo? Quando se desenvolveu a incrível diversidade de insetos?

Travas e Rochas

O problema com os fósseis é que eles são raros. Quando se tem pequenos animais esponjosos envolvidos, eles são ainda menos comuns. Esta nova pesquisa usa estimativas de tempo baseadas em evidências geológicas de fósseis em combinação com tempos estimados de divergência baseados em evidências moleculares. Isto é às vezes chamado de relógio molecular, uma vez que ele usa mudanças acumuladas no DNA para dizer quanto tempo passou.

Olhar para todo o RNA em milhares de amostras de insetos em centenas de espécies de insetos é um MUITO de dados. O maior problema para o projeto foi lidar com a enorme quantidade de informação de seqüência gerada. As combinações possíveis estavam nos quadriliões. A capacidade computacional para triturar todos esses dados…não existe.

Foi aqui que o cientista da computação e especialista em bioinformática Alexandros Stamatatakis (Autor #60) e sua equipe entraram em jogo. O seu grupo de pesquisa criou um método matemático para excluir combinações altamente improváveis, e concentrar-se nas combinações prováveis. O grupo de Supercomputadores do Instituto de Estudos Teóricos de Heidelberg, que normalmente trabalha com problemas astrofísicos, foi usado para triturar os dados.

Dinossauros não tinham piolhos, e outras revelações

Então o que esta tremenda quantidade de trabalho encontrou? A conclusão que eu acho que vai despertar a atenção mais pública é que os piolhos são um grupo recente de insetos, aparecendo apenas há cerca de 53 milhões de anos; a época em que as aves e mamíferos modernos apareceram.

Esta data torna os piolhos “mais jovens” do que os primatas. Pode haver um pouco de confusão, uma vez que as estimativas anteriores baseadas em fósseis são revistas. Todos adoram um bom lançamento taxonómico.

Mas isso é realmente um achado secundário. Outros achados principais da nota:

• Inseto ancestrais (Hexapoda) provavelmente se originaram durante o Período Ordoviciano Primitivo, cerca de 479 milhões de anos atrás.
• Insseto vôo emergiu cerca de 406 milhões de anos atrás, cerca da mesma época em que as plantas começaram a realmente diversificar em terra e crescer para cima em florestas.
• A diversificação explosiva dos insetos na maioria das principais ordens que vemos hoje aconteceu antes do surgimento das Angiospermas (plantas floríferas).

Apenas a rapidez com que os insetos diversificaram é notável. A terra tem ~4,5 bilhões de anos de idade. Apenas nos últimos 10% da história da Terra, as plantas colonizaram a terra. Num espaço de 80 milhões de anos, os insetos formaram a maioria dos principais grupos ainda vivos hoje e tomaram conta dos céus, onde reinaram supremos por milênios.

Jessica Ware da Universidade Rutgers (Autor #8) disse que “foi uma radiação rápida e extrema em um período de tempo muito curto. Tornou nosso trabalho realmente difícil como cientistas – esse tem sido um dos tradicionais obstáculos para classificar os insetos. Com esta enorme quantidade de dados temos agora uma excelente resolução, e podemos realmente dizer algo sobre as faixas etárias”

O que tudo isso significa?

A melhor parte desta pesquisa ainda está por vir, mas para onde estamos indo é claro. A árvore da vida foi podada e reordenada constantemente no século passado. Às vezes parece que os taxonomistas têm participado de um programa de proteção de testemunhas do FBI, os nomes têm sido mudados com tanta freqüência.

Isso certamente continuará — compreender como cada grupo de besouros, por exemplo, está relacionado é um nível de detalhe muito bom. Mas o quadro mais amplo está finalmente a entrar em foco. Estamos agora no caminho certo para uma verdadeira filogenia, ou mapa do que veio primeiro, e do que os grupos de relacionamento têm uns com os outros. Este grupo é um pai, este grupo é uma irmã.

Como mais da pesquisa deste grupo é publicada, estamos nos aproximando de uma filogenia de insetos que é mais do que apenas uma história que nós separamos a partir de padrões de asas e genitais de insetos. Estamos realmente começando a perceber o que um grande colecionador de besouros disse uma vez:

“Desde um começo tão simples, as formas mais belas e maravilhosas têm sido, e estão sendo, evoluídas”. Charles Darwin.