Como cupins que “comem terra” viraram os decompositores não-microbianos mais importantes dos trópicos
Análise de DNA resgata 130 milhões de anos de evolução dos cupins e mostra o impacto das extinções em massa na diversificação desses insetos
As características que definem os cupins modernos, como alimentação de solo, construção de ninhos a partir de matéria fecal e agricultura de fungos, não surgiram gradualmente: foram necessários dois pulsos distintos, separados por cerca de 30 milhões de anos, após os eventos de extinção das eras Cretáceo-Terciário e do Eoceno-Oligoceno. A história evolutiva desses insetos foi mapeada e relatada por uma equipe internacional de pesquisadores, que sequenciou o DNA de diversas espécies das Américas.
Publicado na revista Current Biology, o estudo mostra como a diversificação evolutiva dos cupins, que permitiu o desenvolvimento dos que se alimentam de terra, seguiu a mudança de bioma impulsionada pelo clima. A pesquisa contou com cientistas de diversos países, incluindo Japão, Brasil, Estados Unidos, Bélgica e França. A contribuição dos brasileiros se destaca pelo fornecimento de material biológico por parte do Museu de Zoologia da (MZ) USP, que tem um acervo entre os mais importantes do mundo para a região Neotropical.
Engenheiros dos ecossistemas
Os cupins são uma linhagem de baratas sociais com cerca de três mil espécies descritas. Diferente das baratas comuns, vivem em colônias altamente organizadas com divisão de castas. Famosos por se alimentar de madeira, eles também desempenham um papel como engenheiros de ecossistemas, fornecendo nutrientes vitais às plantas ao decompor matéria orgânica.
Por consumirem matéria vegetal em vários estágios de decomposição no solo, representam os principais decompositores não microbianos nos trópicos e são a linhagem mais antiga de insetos sociais. Hoje, os cupins que se alimentam de solo representam mais da metade de todas as espécies de cupins. Aqueles considerados pragas são uma pequena fração dos demais cupins que se alimentam de madeira.
Tiago Carrijo, autor do estudo e docente da Universidade Federal do ABC (UFABC), explica que a mudança da dieta de madeira para solo provavelmente ocorreu de forma gradual. “Algumas populações passaram a explorar materiais cada vez mais decompostos até que determinadas linhagens se especializaram nesse novo recurso”, conta. Segundo Carrijo, a alimentação baseada em terra parece ter algumas vantagens. “O solo oferece uma enorme quantidade de recursos e relativamente pouca competição. Quando algumas linhagens conseguiram explorar esse ambiente, abriram-se novas oportunidades evolutivas que favoreceram a diversificação”.
Retraçando a história dos cupins
Para investigar a evolução nestes 130 milhões de anos, foram utilizadas robustas árvores filogenéticas, que representam graficamente as relações evolutivas entre espécies, baseadas em dados moleculares de quase duas mil espécies. Quem explica é a especialista em insetos e docente do MZ, Eliana Marques Cancello.
“Construímos a maior filogenia de cupins já produzida com dados moleculares, incluindo 1.756 espécies. Isso nos permitiu enxergar a evolução do grupo em uma escala muito mais ampla do que antes era possível” – Eliana Marques Cancello
Tiago Carrijo conta que o DNA foi a ferramenta que permitiu reconstruir a história evolutiva dos cupins. A filogenia mostra quem é aparentado a quem e, combinada aos fósseis, permite estimar quando essas linhagens se separaram.
Uma família de sobreviventes
Com datação baseada em fósseis e dados moleculares, o grupo mostrou que as duas ondas de diversificação de cupins ocorreram durante períodos de colapso do ecossistema global. O primeiro pulso ocorreu no final do Cretáceo, possivelmente coincidindo com o impacto de um meteoro de 10 km de largura que encerrou o reinado dos dinossauros não avianos há 66 milhões de anos.
“O evento do Cretáceo-Terciário provavelmente contribuiu para a extinção de algumas linhagens de cupins, mas também deve ter deixado muitos nichos ecológicos abertos, o que poderia ter promovido sua diversificação depois”, diz Simon Hellemans, co-primeiro autor do estudo, em entrevista ao Okinawa Institute of Science and Technology.
O segundo pulso teve impacto em múltiplas linhagens de cupins Neoisoptera, especialmente Termitidae, à medida que eles colonizaram o mundo após o resfriamento global há cerca de 33 milhões de anos. Neste momento, a separação continental da Austrália e da Antártica formou uma corrente oceânica que isolou o clima da Antártica, criando as condições para o pergelissolo (ou permafrost); isto é, o congelamento de uma camada do subsolo da crosta terrestre. As geleiras emergentes absorveram os mares e desencadearam um congelamento global.
Com esses dois eventos, novas condições ambientais propiciaram o surgimento de grupos de cupins que hoje se tornaram grandes decompositores tropicais.
“Grandes eventos de extinção não eliminam apenas espécies; também criam oportunidades para os sobreviventes” – Tiago Carrijo
Novas linhagens passarem a explorar novos nichos e desenvolver a capacidade de digerir terra foi o que tornou esses grupos tão importantes. Hoje, eles também são responsáveis por manter a água por mais tempo no solo, por exemplo, como consequência do arejamento pela formação de túneis, e sustentam toda a cadeia alimentar selvagem.
Bibliotecas da biodiversidade
Eliana Cancello contou ao Jornal da USP que o trabalho foi possível graças às coleções de cupins da Bélgica, da Flórida e do Museu de Zoologia da USP, com um importante acervo para a região Neotropical. Ao longo de décadas, com projetos de pesquisa, expedições de campo e apoio da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp), foi construído o banco de material biológico que hoje reúne cerca de 27 mil amostras de cupins. A relevância desse material levou a equipe brasileira a integrar o estudo internacional sobre a evolução desses importantes decompositores.
“As pessoas nem sempre entendem a importância das coleções biológicas. Este artigo mostra exatamente por que vale a pena preservar e organizar esse material: exemplares coletados há anos ou décadas continuam gerando conhecimento científico de impacto internacional”, diz.
Ela explica que a coleção científica funciona como uma biblioteca da biodiversidade, preservando exemplares que podem ser estudados por pesquisadores do mundo inteiro. Apesar dessa coleção ser restrita aos pesquisadores, o Museu de Zoologia oferece uma opção de visitação acompanhada por monitores do programa de difusão cultural.
Navegar é preciso
Com dados genéticos de quase todas as espécies da América, a pesquisa ainda deixa algumas questões em aberto sobre a história evolutiva dos cupins, como o mistério da dispersão global dos comedores de terra. “As análises indicam que muitas linhagens surgiram depois que África e América do Sul já estavam separadas. Isso significa que, em algum momento, esses cupins atravessaram o Atlântico”, afirma Tiago Carrijo.
Uma das hipóteses sobre a travessia oceânica dos cupins inclui a possibilidade de navegação em blocos de terra, carregando parte da vegetação africana. Agarrada a ela, grupos de cupins que podem ter sobrevivido nessas ilhas e chegado à América.
“Parece improvável imaginar cupins cruzando um oceano, mas em escalas de milhões de anos eventos raros tornam-se bastante plausíveis. Colônias inteiras podem ter sido transportadas em materiais flutuantes”, conta o pesquisador da UFABC.
A partir dessas questões, os cientistas pretendem contar a história desses organismos com um nível cada vez maior de detalhes. Eliana Cancello reforça que a contribuição do MZ para estudos como esse é um exemplo claro de como investimentos de longo prazo em ciência básica geram resultados com impacto internacional.
O estudo contou com o apoio da Fapesp, do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (Cnpq), da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes) e teve financiamento da fundação japonesa Okinawa Institute of Science and Technology. O trabalho foi conduzido em colaboração com Mauricio Rocha, pesquisador voluntário do Museu de Zoologia da USP, e com a doutora em genética e biologia molecular Jaqueline Battilana, técnica de nível superior do laboratório de Biologia Molecular do Museu de Zoologia da USP.
O artigo Termites became the dominant decomposers of the tropics after two diversification pulses foi publicado na revista Current Biology pode ser acessado neste link.
Mais informações: ecancell@usp.br , com Eliana Marques Cancello e tiagocarrijo@gmail.com, com Tiago Carrijo
*Estagiária com orientação de Luiza Caires. Texto com informações do Okinawa Institute of Science and Technology e dos pesquisadores brasileiros
**Estagiária sob orientação de Simone Gomes
