Quando o jovem naturalista Alfred R. Wallace deixou a Inglaterra para explorar o Novo Mundo em 1848, uma de suas principais observações na região amazônica foi que grandes rios eram barreiras insuperáveis para algumas espécies de animais, especialmente primatas e aves. Ainda mais interessante, ele notou que espécies intimamente relacionadas frequentemente ocupavam florestas em lados opostos de um rio, mas nunca foram encontradas juntas.
De fato, existem centenas de exemplos de pares entre rios entre pássaros amazônicos, um fenômeno que não é visto em nenhum outro lugar na Terra. Quase um terço das cerca de 240 espécies de aves que normalmente habitam as florestas de um lado do baixo rio Negro no Brasil são substituídas por espécies intimamente relacionadas no outro lado. Por exemplo, na margem esquerda, você verá Barbets pintados de preto ( Capito niger ) com gargantas vermelhas. Na margem direita, você verá apenas os Barbatins Guilded ( Capito auratus ) com gargantas alaranjadas.
Os Barbets de Manchas Negras e Guilded vivem separados, separados pelo baixo Rio Negro e Rio Branco na Amazônia Brasileira. (Andreza Silva) Os rios amazônicos me fascinaram desde que visitei a região pela primeira vez em 1999 e têm sido o foco principal da minha pesquisa como biólogo tropical. Fui cativado pelos padrões de substituição descritos por Wallace e passei incontáveis horas estudando mapas de distribuição de aves.
Apesar dos anos de estudo, no entanto, os biólogos evolucionistas permanecem incertos sobre o papel que os rios desempenharam no processo de especiação na Amazônia. Os rios geram novas espécies? Ou simplesmente agir como barreiras secundárias, fornecendo limites naturais para as espécies formadas em outros lugares? Todas essas linhagens pareadas divergiram ao mesmo tempo, divididas por uma barreira comum? Ou cada espécie seguiu seu próprio caminho evolutivo?
O estudo concentrou-se em espécies de aves cujas distribuições são delimitadas por duas barreiras biogeográficas: o Rio Negro e o Rio Branco, localizado no Escudo das Guianas, no norte da Amazônia. (Naka et al) Essas foram as perguntas que guiaram meus colegas e eu quando partimos para explorar o Rio Negro, ainda uma das regiões mais puras da Amazônia. Como expedições conduzidas por naturalistas anteriores, a nossa envolveu longas viagens de barco para chegar a locais remotos. Mas nós estávamos armados com computadores, imagens digitais, dispositivos GPS, gravadores de áudio digital e nitrogênio líquido para manter nossas amostras em temperaturas muito baixas até que pudéssemos realizar análises genéticas no laboratório. Nosso plano era usar amostras de tecidos de aves em lados opostos do rio para avaliar sua história evolutiva.
Evoluindo de uma espécie para duas
Observando a quantidade de diferenciação genética entre indivíduos em diferentes bancos, os naturalistas modernos são capazes de rastrear aproximadamente quanto tempo se passou desde que essas populações começaram suas histórias evolutivas independentes. O que os biólogos não podem concordar é que papel esses rios desempenharam na história evolucionária das espécies que atualmente dividem.
Uma possibilidade óbvia é que o alcance das espécies ancestrais foi dissecado por um rio recém-formado, isolando grandes pedaços de florestas. As populações de corte mudariam lentamente e se diferenciariam umas das outras. Com tempo suficiente, suas diferenças se tornariam grandes o suficiente para que eles não se reconhecessem mais como parceiros potenciais com os quais se emparelhar e criar descendentes - eles se tornariam espécies diferentes. Essa ideia ficou conhecida como a hipótese da barreira ribeirinha. É a explicação mais antiga do porquê de tantas espécies na Amazônia.
Um modelo alternativo sugere que os rios atuam como barreiras secundárias. De acordo com essa ideia, embora atualmente sejam importantes para definir os limites geográficos das espécies, os rios não tinham nada a ver com a separação inicial daquela população ancestral.
É difícil não fazer a pergunta mais óbvia aqui, no entanto. As aves se engajam em migrações épicas de longa distância e são capazes de viajar de pólo a pólo. Como no mundo poderia um rio amazônico, mesmo grande, representar uma barreira? Os pássaros simplesmente não podem voar através do rio, se reunir com seus parentes e evitar se tornar duas espécies diferentes?
A resposta curta é, aparentemente, não. Para muitas espécies que habitam a floresta, os rios realmente parecem ser barreiras intransponíveis. Experiências sugerem que muitas espécies de aves não são capazes de voar nem cem metros sobre a paisagem aberta, quanto mais atravessar vários quilômetros de um poderoso rio amazônico.
Testando o papel dos rios na evolução aviária
Nosso primeiro passo foi mapear a localização exata dessas substituições de pares no rio. Todos os pares estudados eram conhecidos pela rotatividade em todo o baixo Rio Negro, que varia em até 10 quilômetros em alguns lugares. No entanto, o rio é muito mais estreito e os padrões de substituição tornam-se mais complicados, envolvendo rios menores.
Quando as diferenças entre as populações são relativamente grandes - como padrões de plumagem, cores ou pares de músicas são muitas vezes consideradas espécies diferentes. Quando as diferenças são sutis - como tamanho ou matiz ou tom - os ornitólogos tendem a considerá-las subespécies diferentes. Sejam pares de espécies ou pares de subespécies, os biólogos se referem a eles como “pares de táxons”.
O primeiro passo foi mapear os padrões de substituição de aves. Apesar de todos os pares serem atualmente limitados pelo baixo Rio Negro, existem diferentes padrões de substituição, incluindo o Rio Branco. (Naka et al) Investigamos em detalhes 74 pares de táxons cujas faixas foram divididas por várias combinações do Rio Negro e seu maior afluente, o Rio Branco. Estes dois rios são barreiras biogeográficas para dezenas de espécies aviárias. Após mais de uma década de trabalho de campo, e com a contribuição dos principais museus e coleções brasileiras e norte-americanas, nossa equipe obteve dados genéticos e de distribuição para quase todas as espécies de aves e subespécies que diferiam em ambos os lados do rio.
Nós raciocinamos que se um rio dissecasse a paisagem e separasse muitas populações aviárias ao mesmo tempo, os pares deveriam apresentar tempos de divergência aproximadamente semelhantes. Se os rios atuassem como barreiras secundárias, os pares provavelmente apresentariam um conjunto completo de idades. Nesse caso, os pares poderiam ser mais antigos que os rios que atualmente limitam suas distribuições, já que, de acordo com esse modelo, a divisão original de uma espécie em duas não depende do surgimento do rio.
Pesquisadores usaram dados moleculares para determinar há quanto tempo cada um dos 74 pares de pássaros divergiram. As barras horizontais cobrem intervalos confiáveis, levando em consideração as incertezas de tempo. A maioria dos pares se separou muito antes dos dois rios existirem em suas formas atuais. (Naka et al) Usamos dados moleculares calibrados no tempo para descobrir aproximadamente quando cada um dos nossos 74 pares de pássaros relacionados seguiram caminhos separados, evolutivamente. Alguns genes sofrem mutação a taxas previsíveis e estáveis, permitindo aos cientistas estimar o tempo decorrido desde que um dado par de organismos divergiu. Quanto mais mudanças em seus genomas, mais tempo passou desde que eles compartilharam um ancestral comum. É como olhar para o que os pesquisadores chamam de "relógio molecular".
O Tucano-das-Guianas (Selenidera piperivora) é substituído pelo Tucano-de-tawny (S. nattereri) nesta região. Este é o par mais antigo na análise, separado há cerca de 8 milhões de anos. (Luciano Nicolas Naka) Quando observamos os relógios moleculares de nossas amostras de aves, descobrimos que os eventos de divergência não estavam agrupados dentro de um determinado período de tempo. Em vez disso, eles variavam de 0, 2 a 8 milhões de anos atrás. Portanto, é improvável que todos os pares de aves atualmente divididos por uma barreira comum, como o negro ou o branco, tenham sido gerados pela gênese desses rios.
Além disso, dados geomorfológicos sugerem que esses rios estabeleceram suas posições atuais relativamente recentemente. As datas aproximadas para o Rio Negro são em torno de um milhão de anos, enquanto o Rio Branco é aparentemente muito mais recente, em torno de 20.000 anos. Portanto, ambos os rios parecem ser muito mais jovens do que a maioria dos pares de pássaros que atualmente dividem, suportando o modelo de barreira de contato secundário: os rios hoje mantêm um limite, mas o tempo sugere que eles não poderiam ter sido responsáveis por separar inicialmente a maioria dos pares de aves. Nós estudamos.
Por outro lado, o Rio Negro parece ter uma história de um milhão de anos aqui. Nossos modelos não podem rejeitar um evento comum de diversificação que ocorre por volta dessa idade para 12 pares de táxons aviários, cujo DNA indicou que eles divergiram nos últimos milhões de anos. Assim, embora a origem da maioria dos pares estudados provavelmente não esteja relacionada à gênese dos rios, é possível que o Rio Negro, em particular, represente uma barreira primária para algumas espécies.
Nosso novo estudo, publicado na Science Advances, oferece provas convincentes de que os rios da Amazônia podem ter um papel evolutivo duplo. Eles podem atuar como barreiras primárias para algumas linhagens, como proposto pela hipótese da barreira ribeirinha. Mas mais frequentemente, eles atuam como barreiras secundárias para a maioria das linhagens aviárias. Esses resultados vêm de apenas uma, embora importante, região amazônica, e estudos semelhantes de outras bacias vão colocar nossos resultados em um contexto mais amplo.
Este artigo foi originalmente publicado no The Conversation.
Luciano Nicolas Naka, Professor de Zoologia, Universidade Federal de Pernambuco, Brasil, e Visiting Scholar, Harvard University
