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Resumo
A Floresta Atlântica é a segunda maior floresta da região neotropical, sendo uma das regiões mais diversas do mundo. Várias hipóteses de diversificação já foram propostas para este bioma a fim de investigar as causas desta mega diversidade. A hipótese mais discutida é, sem dúvida, a hipótese de Refúgios, que prediz que a dinâmica climática do Quaternário foi importante para o surgimento da diversidade dentro desta floresta. Pensando nisso, estudou-se a espécie Didelphis aurita, um marsupial endêmico e amplamente distribuído nesta floresta, a fim de testar esta hipótese. Usou-se dados de variação genética provindos de três marcadores moleculares independentes, e dados de variação morfológica do crânio deste mamífero. Os resultados suportam várias das predições esperadas para esta hipótese como: baixa diversidade entre os haplótipos, falta de estruturação tanto genética quanto morfológica e expansão demográfica recente. Entretanto, o período estimado para esta expansão demográfica não é condizente com a hipótese, uma vez que o tempo estimado foi de 50 mil anos atrás e, portanto, durante o período glacial e não no começo do período inter-glacial (12 mil anos) como seria esperado. Além disso, não houve uma maior diversidade genética nas áreas estáveis ao longo das eras glaciais como seria esperado. Desta forma, embora haja indícios de que a dinâmica climática do Quaternário tenha sido importante para a diversidade desta espécie, é necessário avaliar se esta expansão demográfica realmente deve-se aos refúgios Pleistocênicos e, portanto, avaliar a real importância desta hipótese na história desta espécie. Além disso, dados de simulações mostraram que para uma população nos moldes de D. aurita, caso esta população fosse fragmentada no último glacial em dois refúgios distintos, as estatísticas descritivas geralmente usadas para este tipo de teste não seriam eficientes em detectar este evento de fragmentação. Inclusive os testes de Fs de Fu e D de Tajima não se mostraram eficientes na detecção de um evento de expansão subsequente a fragmentação. Isto mostra que é necessário cautela com testes desta hipótese baseadas em premissas simplistas que não abarcam todos os eventos que podem ter afetado a história das diferentes populações.
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Abstract
The Atlantic forest is the second largest rainforest in the neotropical region, being one of the most biodiverse regions in the world. A lot of diversification hypothesis have already been proposed trying to explain the origin of this forest biodiversity. The Refugee hypothesis is the most discussed in the literature. This hypothesis says that the Quaternary climatic changes have played a key role in the diversification of this forest biota. In order to test this hypothesis, the endemic and widely spread species
Didelphis aurita has been studied. Data derived from three molecular markers, and
cranial morphometrics measures have been used. The results support a lot of the premises expected under this hypothesis: low diversity between the haplotypes, lack of geographic structure in molecular and morphometrics datasets and evidence of a recent demographic expansion. However, the estimated period for this expansion event is not congruent with the expected under this hypothesis, once the time estimated was 50.000 years ago, much older than the end of the glaciation period. Besides that, a higher genetic diversity has not been found in the areas that remained stable during the glaciations period, as it would be expected. In this way, although there are evidences supporting the Refugee Hypothesis, it is necessary to evaluate if the demographic expansion event estimated is due to Quaternary climatic dynamics and, in this way, it is necessary to evaluate the real importance of this hypothesis in the history of this species.Moreover, simulated generated data have showed for a population similar to D. aurita, that past events of fragmentation (during the glaciations) are not evident when analysed with descritive statistics and neutrality tests. Therefore, these common used methods seem not efficient in detection of past events of fragmentation. Furthermore, the neutrality tests used were not able to detect the demographic expasion event subsequent to the fragmentation. This shows that caution is needed when testing the Refugee Hypothesis based on simplistic assumptions that do not cover all events that may have affected the history of different populations.
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Introdução
A Floresta Atlântica é uma floresta tropical caracterizada por uma forte sazonalidade, grandes gradientes ambientais devido à complexidade topográfica e chuvas orográficas dirigidas por ventos advindos do oceano Atlântico (Fundação Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística, 1993). Este bioma extremamente diverso abarca múltiplos tipos vegetacionais, incluindo formações abertas, mistas e densas, semi-decíduas e decíduas (Fundação do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística, 1993).
Sua distribuição original ocupava toda a costa brasileira, do Rio Grande do Norte ao Rio Grande do Sul, se estendendo por centenas de quilômetros continente adentro (Dinerstein et al., 1995, Ribeiro et al., 2009). Hoje em dia, devido ao desmatamento, ela está restrita a pequenos fragmentos esparsos, sendo uma das áreas mais ameaçadas do mundo e considerada uma área prioritária para conservação (hotspot) (Myers et al., 2000, Lawrence, 2009). Esta floresta impressiona não apenas por sua enorme biodiversidade, mas também por sua alta taxa de endemismo, com 2,7% das cerca de 300.000 espécies de plantas catalogadas em todo mundo sendo endêmicas desta área. Com relação aos vertebrados, abriga 1.361 espécies das 27.298 existentes no mundo, sendo que 2,1% são exclusivas desta floresta (Myers et al., 2000). Dentre os vertebrados que ocorrem neste bioma, 90% dos anfíbios, 30% dos répteis, 29,1% das aves e 27,9% dos mamíferos são endêmicos (Myers, et al., 2000).
Desde a época de Darwin e Wallace tenta-se propor mecanismos que expliquem os padrões de distribuição e biodiversidade que se encontram nos trópicos. Muitas hipóteses já foram propostas, a maior parte (embora não todas) de acordo com a escola biogeográfica clássica, baseadas em eventos de separação alopátrica entre as
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espécies. Especificamente para a Mata Altântica, diversas hipóteses foram propostas, como por exemplo Hipótese de Vicariância Geotectônica e Hipótese de Rios. A hipótese mais discutida é sem dúvida a Hipótese de Refúgios, proposta para a Amazônia por Haffer (1969) ao estudar padrões de distribuição de aves, e para Mata Altântica por Vanzolini e Williams (1970) estudando lagartos do gênero Anolis. Esta hipótese se fundamenta nas mudanças climáticas cíclicas ocorridas durante o período Terciário e Pleistoceno, nos quais periódos glaciais e interglaciais se intercalaram. Durante os períodos glaciais, as florestas se retraíam formando refúgios e as savanas se expandiam, enquanto nos períodos interglaciais o inverso ocorria. Acredita-se que estes ciclos de fragmentação das florestas em refúgios, e subsequente expansão, foram responsáveis pelo isolamento de diversas espécies, que passavam a evoluir separadamente e ao se reencontrarem já estariam isoladas reprodutivamente, dando origem a novas espécies (Marroig & Cerqueira, 1997; Haffer, 1993).
Dados sobre mudanças de vegetação devido aos períodos glaciais na Mata Atlântica são escassos. Behling (1998) e Behling et al. (2007) estudando depósitos palinológicos do Quaternário viram que vastas áreas do sul e sudeste do Brasil, hoje cobertas por formações florestais, durante o último máximo glacial foram substituídas por gramíneas, refletindo um período mais frio e seco, o que está de acordo com a Hipótese de Refúgios. Em outro estudo, Oliveira et al (2008), encontrou evidências geomorfológicas e palinológicas de que pelo menos no vale do Rio Negro, no município de Campo Alegre (SC), a região permaneceu úmida, mesmo que o clima tenha ficado mais frio, o que está de acordo com o encontrado por Pessenda et al. (2009) para uma região da Serra do Mar no estado de São Paulo. Já Ledru et al. (2009) encontrou evidência para uma retração da floresta durante o último período glacial (de 116.000
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anos até 12.000 anos) mas, dentro deste período, há inúmeros episódios de flutuações na composição florestal. Adicionalmente, há 2 estágios bem documentados de retração da floresta (durante 40.000 e 30.000 anos e durante 23.000 e 12.000 - período conhecido como último máximo glacial). Nestes períodos, o número de espécies de árvores diminuíu consideravelmente nos registros de pólen e houve um aumento abrupto de gramíneas (Poaceae), sendo todas as árvores documentadas neste período de plantas pioneiras como Melastomataceae (Ledru et al., 2009). Vale ressaltar que este autor utilizou apenas um sítio fossilífero na região sudeste da distribuição da floresta (São Paulo).
Além destes dados geomorfológicos e palinológicos, Carnaval & Moritz (2008) realizaram uma modelagem da própria floresta no último máximo glacial (20 mil anos atrás) e no ótimo climático (6 mil anos atrás) a fim de avaliar a ocorrência da floresta neste períodos. Eles encontraram uma redução da floresta no último máximo glacial e áreas de Refúgios nos estados da Bahia e Espírito Santo, além de outro Refúgio menor no estado de Pernambuco e para algumas das simulações (entre os diferentes algoritmos usados) um refúgio em São Paulo.
A proposta deste capítulo é testar a Hipótese de Refúgios para a Mata Atlântica, buscando compreender qual a importância das mudanças climáticas do Pleistoceno na diversificação desta floresta. Para isto foi utilizado como modelo o gambá Didelphis aurita.
D. aurita é um marsupial didelfídeo apropriado para este estudo, uma vez que
ele é endêmico, possui uma distribuição ampla por toda a Mata Atlântica, se dispersa razoavelmente (Pires et al., 2002), possui nicho generalista e é abundante (Astúa de Moraes, 2004; Astúa de Moraes et al., 2003). Desta forma, nossa expectativa é que
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eventos históricos de separação entre populações tenham deixado uma assinatura na distribuição da variação genética. Uma vez que, dado a própria biologia dos gambás não esperariamos adaptação local e baixo fluxo gênico contemporâneo entre suas populações.
Foram escolhidas duas abordagens para este teste: análises de variação genética, utilizando três marcadores moleculares com padrões de herança distintos; e análises de diversidade morfológicas dos crânios destes animais. Os dois tipos de dados foram escolhidos por darem pistas sobre diferentes aspectos da história evolutiva e ecológica da espécie.
Tradicionalmente na literatura um teste formal da Hipótese de Refúgios se baseia em algumas predições esperadas, caso estes tenham tido um impacto na história da população em questão. Estas predições são (Aleixo, 2004):
(1) Variabilidade genética baixa;
(2) Baixa divergência entre as linhagens;
(3) Baixa estruturação geográfica;
(4) Sinais de uma expansão demográfica recente.
Vale ressaltar que estas premissas são válidas apenas para um refúgio. Caso a população tenha ficado isolada em mais de um refúgio, parte destas premissas não são válidas, uma vez que espera-se que haja um aumento na variabilidade genética entre as populações e consequentemente na estruturação geográfica.
Estudos filogeográficos já foram realizados testando especificamente esta hipótese na Mata Atlântica com resultados que tanto suportam a hipótese (e.g.
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Cabanne et al, 2007; Leite, 2003), quanto resultados contrários (e.g. Francisco et al., 2007; Tchaika et al., 2007), em geral baseados nestas premissas. Em especial, Carnaval
et al., (2009) testaram esta hipótese para três espécies de pererecas endêmicas e
encontrraram uma maior diversidade molecular para as três espécies nas áreas onde supõe-se que tenham existido os refúgios, e uma assinatura de expansão demográfica nas áreas onde acredita-se que a floresta retraiu. Os autores propuseram neste trabalho, que este padrão deveria ocorrer em ampla variedade de táxons desta floresta.
Desta forma, além de testar as quatro predições citadas acima, buscou-se avaliar se para D. aurita as áreas postuladas como mantendo florestas em refúgios (Carnaval et al. 2009) desde o último máximo glacial possuíam uma maior diversidade em relação às outras áreas. Também, foi avaliado se na porção na qual estima-se que a floresta sofreu retração, há uma assinatura de expansão demográfica.
Além disso, buscou-se analisar os efeitos na diversidade genética que ocorreria caso a população sobrevivente fosse descendente de dois refúgios. A ideia por trás deste teste é que simulações como a realizada por Carnaval & Moritz (2008), não levaram em conta o elevado gradiente altitudinal da Mata Atlântica, e portanto, o número de refúgios foi subestimado. Desta forma, é provável que durante os períodos glaciais mais de um refúgio tenha existido, e não há dados na literatura que analisem como a diversidade genética de uma população se comportaria tendo sido estruturada no passado e se fundido atualmente.
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Material e Metodologia
Amostras
Como visto no capítulo anterior, o que antes se acreditava ser a mesma espécie (D. aurita) distribuída por toda Mata Atlântica provavelmente são duas espécies distintas. Desta forma, neste capítulo só iremos utilizar as amostras de D. aurita distribuição sul e sudeste (isto é excluindo-se as amostras do grupo Nordeste- Capítulo 3).
Foram sequenciados os genes citocromo b, G6PD e β-fib. Ao total tem-se 79 amostras de citb, 127 de G6PD e 134 de β-fib. Os protocolos de extração de tecido, amplificação, purificação e sequenciamento encontram-se apresentados no Capitulo 2. Os locais de coleta e coordenadas geográficas estão no Anexo 1.
Além disso, foram utilizados 250 crânios medidos de acordo com a metodologia apresentada no Capitulo 2 e apresentados no Anexo 4.