Características Únicas das Borboletas Ligadas ao Habitat
Estudo mostra como as borboletas adaptam suas características de acordo com diferentes ambientes.
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Borboletas que vivem em ambientes diferentes podem desenvolver Características únicas que ajudam a sobreviver e se reproduzir. Quando populações de uma espécie se adaptam a ambientes distintos, elas podem começar a parecer e agir de forma diferente. Isso pode levar ao isolamento reprodutivo, o que significa que mesmo que se encontrem, podem não conseguir cruzar com sucesso. Um motivo pra isso é que alguns indivíduos podem não estar bem adaptados ao novo ambiente, resultando em menos filhotes.
As características que ajudam as borboletas a encontrar comida e viver em seus habitats podem mudar rapidamente depois que elas se mudam pra uma nova área. Essa mudança é chamada de Pressão de Seleção. Para as borboletas, a capacidade de ver e reagir ao ambiente é crucial na hora de forragear, que é encontrar e coletar comida. Quando elas chegam em um novo lugar, a forma como elas veem o mundo pode não bater com o que precisam pra ter sucesso nesse ambiente, fazendo com que mudem com o tempo.
Alguns dos melhores exemplos dessa Adaptação acontecem na água. Por exemplo, os peixes de caverna mexicanos que vivem em cavernas escuras desenvolvem estruturas cerebrais diferentes em comparação com os peixes que vivem em rios bem iluminados. Quando esses peixes são colocados em um novo ambiente iluminado, eles têm dificuldade em sobreviver porque seus sistemas visuais não estão preparados pra essas condições.
Identificar quais características ajudam as borboletas a se tornarem Espécies diferentes ainda é um assunto em estudo. Mas os pesquisadores acham mais fácil ver como a seleção afeta espécies intimamente relacionadas. Se duas populações vivem em ambientes semelhantes e mostram mudanças parecidas nas características, é provável que estejam se adaptando a essas condições em vez de apenas mudarem por acaso.
Por exemplo, alguns peixes stickleback de água doce perderam armadura protetora ao viverem em rios, em comparação com seus parentes no oceano. Da mesma forma, insetos-pau se adaptaram pra usar plantas hospedeiras específicas dependendo da situação. Esses exemplos mostram que mudanças de habitat costumam andar juntas com adaptações que ocorrem sob pressões de seleção similares.
As borboletas são encontradas em muitos ambientes diferentes, tornando-as excelentes candidatas pra estudar como mudanças no habitat afetam sua biologia. Um grupo específico de borboletas, o complexo Heliconius erato de regiões tropicais, é um foco ideal pra essa pesquisa. Dentro desse grupo, duas espécies-H. chestertonii e H. himera-são adaptadas a florestas de alta altitude nas montanhas dos Andes, na Colômbia e no Equador, respectivamente.
Em altitudes mais baixas, essas borboletas entram em contato com outras populações, como H. erato. Os híbridos-filhotes do cruzamento de espécies diferentes-são menos comuns do que se esperava. Isso provavelmente se deve a uma mistura de borboletas escolhendo parceiros que parecem com elas e o fato de que certos padrões de cor são mais bem-sucedidos em ambientes específicos.
Pesquisas sugerem que essas borboletas se adaptam às características distintas em seus ambientes, que podem diferir drasticamente entre áreas de alta altitude e planícies. H. e. cyrbia, que vive em altitudes mais baixas, tem características diferentes de H. himera, que vive nas montanhas mais altas. Essas duas espécies mostram mudanças em sua biologia, como tamanho e desenvolvimento.
Quando os cientistas examinam os cérebros dessas borboletas, descobriram que a quantidade de certo tecido cerebral varia entre as espécies. Notavelmente, H. e. cyrbia tem lóbulos ópticos mais desenvolvidos (partes do cérebro que processam informações visuais) em comparação com H. himera, que tem mais tecido na parte do cérebro responsável por processar cheiros.
Essas diferenças na Estrutura do Cérebro são importantes porque podem influenciar como essas borboletas se comportam. Por exemplo, uma borboleta que pode processar informações visuais de forma mais eficaz pode ser melhor em encontrar comida em ambientes com menos luz.
Pra entender melhor como as estruturas cerebrais de H. chestertonii se comparam com as de H. e. venus, outra espécie de borboleta de altitudes mais baixas, os cientistas realizaram estudos pra ver se havia diferenças significativas. Eles coletaram borboletas de vários locais na Colômbia, focando tanto nas capturadas na natureza quanto nas criadas em ambientes controlados. Isso ajudou a entender como viver em habitats diferentes pode impactar a estrutura cerebral.
Nos experimentos, os pesquisadores descobriram que H. chestertonii tinha lóbulos ópticos menores em comparação com H. e. venus. Esses achados sugeriram que borboletas que se adaptam a diferentes ambientes mostram mudanças claras na estrutura cerebral ligadas aos seus habitats.
Além disso, os pesquisadores analisaram essas diferenças cerebrais em borboletas selvagens e criadas. Confirmaram que as variações encontradas nos lóbulos ópticos eram de fato devido a características herdáveis e não apenas ao estresse ambiental. Isso mostra que as adaptações não são apenas respostas ao ambiente, mas são transmitidas através das gerações.
O estudo também incluiu comparações de borboletas de diferentes habitats no Equador e na Colômbia, mostrando que borboletas em áreas de alta altitude consistentemente tinham lóbulos ópticos menores que aquelas de altitudes mais baixas. Esse padrão sugeriu que pressões ambientais similares levam a mudanças semelhantes na estrutura cerebral, reforçando a ideia de que a adaptação é uma força motriz na evolução.
Borboletas dependem muito de seus sentidos pra sobreviver-especialmente visão e olfato. O estudo mostrou um padrão claro. Quando borboletas se adaptam a ambientes de alta altitude, elas desenvolvem lóbulos ópticos menores provavelmente porque essas áreas exigem menos processamento visual complexo. Em contraste, borboletas de ambientes florestais densos que recebem menos luz precisam processar informações visuais de forma diferente, levando a variações em suas estruturas cerebrais.
Curiosamente, a pesquisa descobriu que o lóbulo antenal, que processa cheiros, mostrou padrões evolutivos diferentes. Enquanto H. himera tinha um lóbulo antenal maior, H. chestertonii tinha um menor se comparado ao seu par de baixa altitude, H. e. venus. Essa diferença destaca como borboletas em habitats semelhantes podem desenvolver adaptações únicas com base nas condições ambientais específicas.
Resumindo, essa pesquisa fornece evidências fortes de que espécies de borboletas podem evoluir características únicas em suas estruturas cerebrais com base nos ambientes em que vivem. Ao estudar as variações nos cérebros de espécies intimamente relacionadas, os cientistas estão descobrindo como se adaptar a habitats diferentes influencia sua biologia.
Essas descobertas sublinham a importância das pressões ambientais na evolução das espécies. As adaptações observadas em H. chestertonii e H. himera indicam que as borboletas podem desenvolver características distintas mesmo em nichos ecológicos semelhantes, moldadas por suas conexões únicas a habitats específicos. Entender isso dá aos pesquisadores mais insights sobre como as espécies podem divergir e se adaptar ao longo do tempo, contribuindo pra rica tapeçaria da vida.
Título: Repeated evolution of reduced visual investment at the onset of ecological speciation in high-altitude Heliconius butterflies.
Resumo: Colonisation of new habitats is typically followed by divergent selection acting on traits that are immediately important for fitness in the new habitat. For example, shifting sensory environments are often associated with variation in sensory traits critical for navigation and foraging. However, the extent to which the initial response to novel sensory conditions is mediated by phenotypic plasticity, and its contribution to early species divergence remains unclear. We took advantage of repeated cases of speciation in Heliconius butterflies with independent allopatric distributions in the west of the Colombian and Ecuadorian Andes. Using volumetric brain measurements, we analysed patterns of investment in sensory processing in brain components across different localities and habitats. We find that a higher-altitude species, H. chestertonii, differs in levels of investment in visual and olfactory brain centres compared to its lower altitude relative H. erato venus, mainly attributable to heritable variation as inferred from comparisons between wild and common-garden reared individuals. We compared these shifts with those reported for another high-altitude species, H. himera, and its parapatric lowland counterpart, H. erato cyrbia, and demonstrate parallel reductions in the size of specific optic lobe neuropils. Conversely, for the antennal lobe, we detected disparate trait shifts in H. himera and H. chestertonii in respect to their lowland erato neighbours. Overall, our findings add weight to the adaptive potential for neuroanatomical divergence related to sensory processing during early species formation. Lay summaryRepeated associations between trait variation and environmental shifts may indicate adaptation to local sources of natural selection. For instance, in fish, the presence of certain morphological traits in specific ecological conditions across independent populations is well documented, suggesting equivalent phenotypic responses to shared sources of natural selection. We compared independent cases of ecological divergence in Heliconius butterflies distributed along altitude gradients from sea level to mid mountain in the west of the Colombian and Ecuadorian Andes. Shifts in altitude involve repeated, abrupt transitions from wet, large-leaved, warm forests to higher dry, open, cold scrubs. We tested hypotheses about the role of these ecological shifts in driving adaptive evolution in neuroanatomical traits during early speciation. We showed that in Heliconius, independent changes in forest-type have been accompanied by heritable parallel patterns of divergence in sensory investment in visual processing in the brain. We propose these differences likely facilitate species divergence in the face of ongoing geneflow.
Autores: David F Rivas-Sánchez, D. F. Rivas-Sanchez, C. A. S. Clavijo, C. Pardo-Diaz, R. M. Merrill, S. H. Montgomery
Última atualização: 2024-06-14 00:00:00
Idioma: English
Fonte URL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.06.12.598660
Fonte PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.06.12.598660.full.pdf
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