Coevolução nas interações parasita-hospedeiro

A seleção natural faz com que as espécies sejam selecionadas devido a diversas pressões diferentes; certas espécies são selecionadas aos pares, sendo que mudanças em um indivíduo de uma espécie pode ter respostas na outra. Esse processo é conhecido como coevolução. Mas nem todas as relações entre pares de espécies são necessariamente produtos da coevolução. Por exemplo, nem sempre polinizadores coevoluem com as plantas que polinizam. O que pode acontecer é que alguns polinizadores podem passar a polinizar plantas sem que necessariamente ambas as espécies tenham evoluído juntamente. A coevolução envolve uma exclusividade na relação ecológica, uma dependência entre os indivíduos.

Alguns autores defendem que ocorre uma “corrida armamentista”, em que uma espécie dribla as defesas da outra, como o que acontece entre as larvas da borboleta Mechanitis isthmia e de um parente do tomate, a planta Solanum hirtum. Esses insetos parasitam folhas com espinhos e grandes tricomas (pelos vegetais), que são defesas da planta contra a herbívora. Essas larvas se tornaram aptas para predar folhas com tricomas, o que mostra que o mecanismo de defesa da planta gerou uma resposta no herbívoro, que passou a conseguir usar o recurso, ou seja, comê-la.

Borboleta Mechanitis isthmia – Fonte: http://goo.gl/w8qiqx

Então surge uma característica em resposta a outra, em cada uma das espécies do “par coevolutivo”?

As larvas da M. isthmia criam uma rede de seda que anula o efeito defensivo, possibilitando a predação das folhas. Devido à resposta de defesa da planta, as larvas sofrem forte pressão seletiva, assim apenas os indivíduos que possuíam os genes ativos da produção de seda continuaram a predar essas folhas, sobrevivendo. Deve-se ter cuidado ao se inferir que há uma coevolução, pois às vezes os parasitas são adaptados à defesa da planta, caracterizando-se assim uma adaptação à defesa, mas não necessariamente uma coevolução com a planta.

Outro processo de defesa vegetal, que também é exemplo de coevolução parasita-hospedeiro, é a defesa química por meio de substâncias que inibem a ação de parasitas. Casos de coevolução assim não são comuns, e isso é explicado pelo fato da coevolução química envolver processos específicos entre as espécies, e insetos exclusivos com espécies de plantas não tendem a ser tão comuns.

Caso os parasitas fossem apenas coadaptados, seriam resistentes a certos tipos de defesas que possibilitariam explorar certas espécies e não outras, assim não se configuraria um processo de contínua evolução entre as defesas de uma espécie e a capacidade de contorná-las por parte do parasita. Quando se trata de uma coevolução, o parasita é exclusivo da espécie. Para saber se houve coevolução, deve-se investigar se há escolha do parasita à planta hospedeira, e se a espécie é beneficiada por essa escolha, apresentando maior taxa de sobrevivência e maior quantidade de descendentes gerados que sobrevivam.

Coevolução x agricultura

O alto consumo de alimentos faz com que seja imprescindível cultivos em monoculturas. Essas grandes lavouras apresentam diferentes inimipragas específicas para cada cultura. A coevolução explica como as pragas e os cultivares se relacionam. Geralmente, na primeira fase dessas relações há o surgimento a defesa da planta. A segunda fase é a contra-resposta dos parasitas, quando enganam a resistência. No caso da espécie de mosca Mayetiola destructor e de cultivares de trigo e arroz nos Estados Unidos, a variedade resistente foi introduzida e em menos de dez anos os parasitas driblaram a sua resistência.

A coevolução é um processo cíclico que dificilmente será quebrado com a completa resistência das plantas, pois os parasitas podem demorar, mas tendem a gerar uma resposta adaptativa que possibilite o parasitismo.

Com esse ciclismo na coevolução, especialistas estão desenvolvendo técnicas que fazem com que cultivares tenham maior resistência com relação às pragas. Uma dessas técnicas é o HDR (do inglês, high-dose/ refuge): produção de fortes toxinas em plantios mistos, com plantas modificadas e suscetíveis. Essa técnica alia a biologia molecular e genética no combate de pragas, pois o sucesso está diretamente envolvido com a frequência e a dominância de certas características que geram a resistência. Esses experimentos mostram que a coevolução gera aplicações práticas muito úteis para a sociedade.

Por fim, essas descobertas indicam que populações naturais de plantas e animais desenvolvem tolerância como uma resposta ao parasitismo, e essa é menos custosa para a planta do que a defesa química ou mecânica. Sendo assim, a tolerância possibilita a convivência entre as espécies sem que haja maior estímulo para respostas de ambas às partes. A tolerância, então, freia o processo de coevolução.

O entendimento da coevolução pode ser uma ferramenta útil no controle de pragas, e por esses e outros fatores, apresenta grande importância e aplicabilidade no cotidiano.

Vinícius R. Bueno e Caio Motta Campos Alunos de Gradução em Ciências Biológicas na Universidade Federal de Viçosa, Campus Rio Paranaíba.

Como as plantas se reproduzem?

As plantas são classificadas em grupos, de acordo com a frequência de autopolinização ou polinização cruzada. Contudo, algumas destas plantas posicionam-se em situação intermediária, o que gera dúvidas quanto ao grupo em que devem ser incluídas.

Plantas autógamas ou de autofecundação são aquelas em que o polinizador (androceu ou pólen) é produzido na mesma planta que o gameta receptor (gineceu ou óvulo) e não existe auto-incompatibilidade entre estes.

Nestas plantas pode ocorrer a fecundação cruzada, no entanto esta taxa não passa de 5%. Espécies como trigo, soja, aveia, cevada, arroz e alface dificilmente ultrapassam 1%. Na planta do fumo as trocas de gametas atingem altas taxas, o que muitas vezes exige a proteção das inflorescências para evitar o fluxo de genes (ou cruzamento) entre variedades cultivadas muito próximas.

A autofecundação é motivada por diversos mecanismos, entre eles o mais positivo é a cleistogamia, situação na qual os antécios nunca abrem. A casmogamia é outra ferramenta que auxilia a autofecundação, onde a polinização do estigma ocorre antes da abertura do antécio, isso ocorre com trigo, cevada, aveia e alface.

Plantas alógamas são plantas que utilizam da fecundação cruzada para se reproduzirem. Diversos mecanismos facilitam a fecundação cruzada entre as plantas, a diocia pode ser considerado o mais efetivo, e ocorrem quando cada planta contribui com gametas ou femininos ou masculinos. Isso acontece no mamão, espinafre e na araucária (pinheiro do Paraná).

Algumas plantas monóicas (as que possuem ambas as estruturas, masculinas e femininas na mesma planta) apresentam fatores associados com a presença de inflorescências macho e fêmeas separadas na mesma planta, o que favorece a alogamia.

No milho, por exemplo, o pólen amadurece antes da inflorescência fêmea, fazendo com que a autofecundação raramente atinja mais que 5%. Outra ferramenta é a maturação do estigma e do pólen em épocas distintas, chamado de protandria, quando os grãos de pólen são formados antes que o estigma e de protoginia, quando o gineceu atinge a maturação antes dos estames. Algumas estruturas florais podem impedir a autofecundação como quando pistilos e anteras possuem formatos diferentes.

A macho-esterilidade, muitas vezes utilizada no melhoramento vegetal para formação de híbridos, é outro fator limitante da autofecundação e é decorrente de aberrações cromossômicas produzindo grãos de pólen estéreis.

Por último temos a autoincompatibilidade, onde apesar de apresentarem pólen e óvulos funcionais não ocorre fecundação devido a obstáculos fisiológicos.

Plantas alógamas são heterozigotas e isto tende a permanecer nas sucessivas gerações de fecundação cruzada. A redução desta heterozigose geralmente leva a perda de vigor, determinada pela depressão endogâmica (cruzamentos entre genótipos aparentados ou iguais).

Há plantas autógamas com frequente alogamia, ainda. Plantas deste grupo possuem taxas de fecundação cruzada bastante variadas, dependentes do ambiente de cultivo e de fatores climáticos associados.

O sorgo e o algodão, por exemplo, possuem taxas entre 5 a 10% e em algumas situações podem chegar a 50% de alogamia. Espécies deste grupo, como café, quiabo, sorgo, berinjela, algodão, mamona e fava estão situadas em posição intermediária entre as espécies tipicamente autógamas e alógamas.

O último grupo é das plantas de reprodução assexual, que são divididas em plantas de propagação vegetativa e apomíticas. Por propagação vegetativa temos rizomas (banana), tubérculos (batatinha), estolões (morango), ramas (batata-doce), pedaços do caule (mandioca), bulbos (cebola), ou outras partes. Nestas plantas, todos os descendentes são clones da planta original.

A apomixia, por sua vez, é um mecanismo no qual as sementes são produzidas sem a fusão dos gametas a partir de uma célula não reduzida do óvulo (célula mãe).

Variedades comerciais produzidas por reprodução assexuada são altamente heterozigotas, por serem selecionadas de indivíduos com elevado vigor de híbrido. Quando reproduzidas por via sexual, evidenciam ampla segregação em suas gerações seguintes e sofrem perdas por endogamia.

Estudar e entender os mecanismos de propagação das espécies é fundamental para o melhoramento vegetal e influenciará diretamente as cultivares desenvolvidas pelos programas e a forma com que as sementes serão produzidas.

Sydney Antonio Frehner Kavalco é agrônomo, mestre e doutorando em Biotecnologia pela Universidade Federal de Pelotas. Atualmente é bolsista CNPq e atua no melhoramento genético de trigo.