Estudo detalha evolução gradual das defesas químicas em rãs venenosas

Dendrobates tinctorius, uma das rãs-de-veneno analisadas no estudo:
a espécie não apenas sequestra alcaloides dos insetos que ingere,
como os modifica antes para que não sejam degradados pelo organismo
 (foto: Taran Grant/IB-USP))

Experimentos com diferentes espécies comprovam que a capacidade de acumular alcaloides a partir de suas presas não surgiu de um salto evolutivo, mas em estágios distintos de adaptação fisiológica

 

A capacidade das rãs venenosas de acumular toxinas a partir dos pequenos invertebrados que ingerem não surgiu de forma repentina na história evolutiva, mas sim por meio de um processo de adaptação gradual e contínuo. É o que demonstra um estudo publicado em março na revista Proceedings of the Royal Society B.

Ao administrar dietas controladas a diferentes espécies de anfíbios, os cientistas comprovaram a existência de "estágios intermediários" na natureza, ou seja, espécies que conseguem reter apenas traços de alcaloides – toxinas de origem natural presentes em insetos e aracnídeos – sem sofrer intoxicação. O achado ajuda a desvendar de que maneira a evolução moldou uma das estratégias de sobrevivência mais fascinantes do mundo animal, revelando como esses anfíbios deixaram de apenas tolerar o veneno na digestão para transformá-lo em uma verdadeira arma de defesa.

Há tempos, a biologia tenta entender como essas pequenas rãs coloridas da família Dendrobatidae adquiriram esse "superpoder". Na natureza, elas se alimentam de formigas e ácaros repletos de alcaloides, que seriam letais para a maioria dos animais. Para transformar a própria refeição em um escudo contra predadores, a rã precisa de um mecanismo biológico triplo: ingerir o veneno sem adoecer, transportá-lo intacto do sistema digestivo para a pele e, por fim, armazená-lo em suas glândulas.

“A grande pergunta do nosso trabalho foi como essa capacidade evoluiu. Para sequestrar os alcaloides é preciso um mecanismo de resistência para ingerir sem se intoxicar. Além disso, são necessários mecanismos de transporte, para levar as toxinas do sistema digestório para a pele. E ainda algum mecanismo para não degradar os alcaloides, mantê-los intactos na pele”, conta Adriana Jeckel, primeira autora do artigo. “Deve ter havido vários passos para a evolução de um fenótipo que não sequestra para o que sequestra e mesmo modifica os alcaloides.”

Para mapear como essa engenharia fisiológica se formou, os pesquisadores levaram o cardápio tóxico para o laboratório. Eles forneceram doses controladas de alcaloides sintéticos para diferentes espécies de rãs – desde aquelas conhecidas por sua toxicidade letal até parentes mais distantes que não possuem essa defesa. O objetivo era rastrear qual seria o destino das toxinas no fígado, na pele e nas fezes dos animais após semanas de testes.

A investigação foi conduzida durante o doutorado de Jeckel no Instituto de Biociências da Universidade de São Paulo (IB-USP) com bolsa da FAPESP. O trabalho integra dois outros projetos (12/10000-5 e 18/15425-0) apoiados pela Fundação e coordenados por Taran Grant, professor do IB-USP que também assina o trabalho. Também participaram cientistas do Instituto Butantan e de universidades dos Estados Unidos e do Japão.

As rãs-de-veneno, como a Adelphobates galactonotus, possuem cores vivas que sinalizam
 para seus predadores sua toxicidade. No entanto, outras espécies  menos chamativas
 também podem conter quantidades menores de alcaloides armazenados
(foto: Taran Grant/IB-USP)

 Engenheiras químicas da natureza

Os resultados revelaram que a evolução dessas defesas ocorreu em pelo menos quatro grandes etapas. O primeiro estágio é o de animais como a rã Dryophytes cinereus, que não acumula toxinas. O organismo dessa espécie atua como um excelente filtro: ele metaboliza e elimina o veneno de forma tão eficiente que quase nenhum traço da substância chega a ser retido na pele.

Em seguida, surge o estágio intermediário, ilustrado pela rã Allobates femoralis. Essa espécie consegue ingerir os alcaloides em segurança e chega a armazenar uma quantidade mínima na pele, embora ainda degrade ativamente a maior parte do composto ingerido. A ausência de toxinas intactas nas fezes ou nos órgãos internos comprova que o organismo dessas rãs consegue neutralizar a ameaça.

“A ausência de alcaloides nos tecidos de Allobates e nas fezes de todas as espécies mostra que, de alguma forma, elas estão metabolizando essas toxinas. Mesmo quando não acumulam, possuem mecanismos muito eficientes do ponto de vista evolutivo para não se intoxicar”, diz Jeckel.

O grande salto biológico acontece com as verdadeiras rãs-de-veneno, como as espécies Adelphobates galactonotus e Dendrobates tinctorius. Elas representam o terceiro estágio evolutivo (o fenótipo sequestrador). Em vez de apenas se protegerem do veneno, elas o capturam, acumulando na pele de 10 a 100 vezes mais alcaloides do que as espécies dos grupos anteriores.

Mas o requinte da natureza vai ainda mais longe. O estudo comprovou que algumas espécies, como Dendrobates auratus e Ranitomeya ventrimaculata, não apenas sequestram as toxinas, mas atuam como verdadeiras engenheiras químicas. Classificadas no quarto estágio evolutivo (fenótipo sequestrador e modificador), elas alteram a estrutura molecular dos alcaloides ingeridos – por meio de reações como hidroxilação e metilação. Essa "reciclagem" bioquímica pode tornar as substâncias ainda mais ativas ou facilitar seu armazenamento seguro nas glândulas da pele.

“Essas modificações podem ser necessárias para que acumulem os alcaloides. Do contrário, as substâncias originais ingeridas poderiam ser tóxicas ou se degradar no organismo”, diz Grant.

Essas descobertas trazem uma nova perspectiva para a biologia evolutiva. Elas indicam que o sequestro de veneno não foi fruto de um "salto evolutivo" acidental. Aos poucos, a evolução reescreveu a fisiologia metabólica das rãs, transformando um mecanismo básico de desintoxicação em uma das estratégias de sobrevivência mais sofisticadas das florestas tropicais.

O artigo Experimental evidence supports gradual evolution of alkaloid sequestration in poison frogs pode ser lido em: royalsocietypublishing.org/rspb/article/293/2067/20253144/480951/.

 

André Julião

Agência FAPESP
https://agencia.fapesp.br/estudo-detalha-evolucao-gradual-das-defesas-quimicas-em-ras-venenosas/59124