Ondulações na água e a rã-túngara macho

Pesquisadores da Universidade do Texas de Austin descobriram que quando as rãs tungara machos fazem serenatas às fêmeas em uma lagoa, elas criam ondulações na água que fazem com que elas sejam mais facilmente atingidas por seus rivais e predadores, como os morcegos, por exemplo.

Uma rã tungara vai parar de vocalizar se ele ver um grupo de morcegos, mas as ondulações continuam movimentando a água por muitos segundos após o animal cessar o canto. Nesse estudo, publicado recentemente no jornal da Science, pesquisadores encontraram evidências de que os morcegos usam a ecolocalização - uma forma natural de som - para detectar essas ondulações e os abrigos onde estão as rãs. A descoberta lança luz sobre uma corrida armamentista evolucionária em curso entre rãs e morcegos.

A rã macho tungara (Physalaemus pustulosus), nativo da América Central e do Sul, passa suas noites vocalizando em lagoas rasas na busca por um acasalamento. No entanto, seu canto que é baseado sobre um padrão de "lamentações e cacarejamentos", inadvertidamente cria uma exposição multisensorial que pode ser explorada por amigos e inimigos.

Figura 1: as ondulações perduram por muitos segundos após a rã macho tungara (Physalaemus pustulosus) ter parado de vocalizar. Foto: Ryan Taylor.

Quando o canto amoroso dos anfíbios é realizado, o saco vocal deles infla e desinfla continuamente, como um balão pulsante. Esse saco pulsante cria uma dica visual, mas também cria um terceiro sinal - ondulações na superfície da lagoa.

"Um tema geral desta pesquisa é que a nossa forma de se comunicar com qualquer tipo de sinal é realizada pela criação de uma perturbação no meio ambiente", diz Mike Ryan co-autor do estudo e professor no Departamento de Biologia Integrativa da Universidade do Texas de Austin. "Quando nós vocalizamos, causamos mudanças na pressão do ar em torno de nós e isso é o que nós ouvimos. Quando usamos sinais visuais, a luz refletida, seja qual for o pigmento que estamos utilizando, é transmitida para o receptor. Qualquer coisa que fizermos perturba o ambiente, seja voluntariamente como um sinal de comunicação ou não.

Os pesquisadores descobriam que os morcegos predadores de rãs (Trachops cirrhosus) era muito mais propensos a atacar uma rã que vocalizasse duas vezes e tivesse ondulações irradiando a partir dele do que as rãs que vocalizasse e não produzisse ondulações (figura 2). Isso sugere que eles podem detectar essas ondulações, muito provavelmente pela ecolocalização. Entretanto, morcegos parecem perder essa vantagem se a área em torno do sapo estiver cheia de serrapilheira, o que pode parar as ondas de propagação.

Figura 2: Morcegos utilizam ondulações induzidas pelo canto para caçar rãs. (A) Morcegos predadores de rãs realmente utilizam a ecolocalização para caçar suas presas. A superfície da água reflete altamente os sinais da ecolocalização, mas o retorno da eco (setas azuis) depende fortemente do ângulo entre a propagação do sinal (linhas vermelhas) e a superfície da água. (B) Espectográfico, exemplo de um sinal de ecolocalização de morcegos, com o tempo no eixo X e a frequência no eixo Y. (C) Eco imagens derivadas do ar produzidas por um sonar sintético submetido a diferentes ângulos para testar o "pool". A amplitude do eco diminui de acordo com a redução dos ângulos.  (D) Perturbação na superfície da água durante ondulações de playback produziram altas variâncias na amplitude do eco, maiores do que na superfície controle. (E) Resultados de um teste de duas escolhas com morcegos, mostrando a preferência dos morcegos em atacar os pools experimentais com ondulações. (F) A preferência por ondulações depende das condições ambientais. Quando ambos os locais foram cobertos com uma camada de folhas (serrapilheira ambiental), a preferência desapareceu.

"O interessante é que essas rãs tem desenvolvido uma estratégia para escapar da predação", diz o autor principal Wouter Halfwerk, um pós doutorando da UT Austin. "Quando um sapo detecta a sombra de um morcego, sua primeira defesa é para de vocalizar imediatamente. As ondulações continuam a emanar por alguns segundos, criando um olho de boi aguado na rã. Os morcegos utilizam essas ondulações, batendo assim a estratégia anti-predador."

Por outro lado, as ondulações parecem aumentar a resposta de rãs machos rivais ao canto inicial. Os pesquisadores descobriram que quando um canto foi acompanhado de ondulações, outras rãs machos foram mais propensos a responder do que se a vocalização foi transmitida por si só. Além disso, quando eles respondem, eles também respondem com mais entusiasmo.

Se um canto acompanhado por ondulações na água estava fora da zona de defesa dos machos, um círculo de 15cm ao redor, machos rivais vocalizaria mais de duas vezes mais rápido do que se eles apenas escutassem o canto inicial por si só. Se o canto, novamente com ondulações, estava dentro do seu território, as rãs rivais tendem a vocalizar menos, muitas vezes parando completamente e esvaziando seus sacos vocais, supostamente se preparando para vocalizar novamente ou correr.

Fonte: W. Halfwerk, P. L. Jones, R. C. Taylor, M. J. Ryan, R. A. Page. Risky Ripples Allow Bats and Frogs to Eavesdrop on a Multisensory Sexual Display. Science, 2014; 343 (6169): 413 DOI: 10.1126/science.1244812.

Confira o artigo na íntegra acessando este link: https://www.sciencemag.org/content/343/6169/413.full.pdf.

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Entenda melhor o que são "Trade-offs"

Por que as espécies não são igualmente bem sucedidas em todos os ambientes do planeta? Porque uma única espécie não é capaz de dominar todas as comunidades? Uma explicação recorrente em ecologia é baseada no conceito de trade-off, que tem como uma de suas possíveis traduções para o português a expressão “demandas conflitantes”. 

O termo expressa o conflito (evolutivo) entre características relacionadas às atividades fundamentais de todos os organismos: sobreviver, crescer e se reproduzir. A ideia por detrás do conceito de trade-off é que os organismos não podem, ao mesmo tempo, ser extremamente eficientes na realização de todas as suas atividades, como por exemplo, na colonização, na captura de recursos e na resistência a inimigos (Kneitel & Chase, 2004). Isso ocorre porque o bom desempenho em relação a uma função implica em prejuízo em relação a uma outra função (Kneitel & Chase, 2004), por exemplo, devido a restrições fisiológicas e de alocação de biomassa (Mooney, 1972). Talvez, fazer uma analogia com as restrições mecânicas que impedem que um veículo seja ao mesmo tempo muito potente e muito econômico ajude a compreender a idéia de trade-off: se especializar em fazer bem uma coisa implica em não fazer outras coisas tão bem.

A importância do conceito de trade-offs em ecologia está ligada ao fato de que são interpretados como reflexo das diferenças de nicho entre as espécies (Kneitel & Chase, 2004) e utilizados para explicar mecanismos de coexistência de espécies (Wrigth, 2002) e processos sucessionais (Tilman, 1990). Este conceito deve ser entendido em um contexto evolutivo: os organismos possuem certas combinações possíveis de características (morfológicas, fisiológicas ou comportamentais), as quais podem ser ou não ser vantajosas dependendo das condições (bióticas ou abióticas) nos diferentes ambientes em que os organismos ocorrem (Chesson, 2000; Tilman, 1990). Em relação aos mecanismos de coexistência de espécie que se baseiam no conceito de trade-offs, os principais exemplos estão relacionados à diferenciação das espécies em relação ao uso de recursos, à susceptibilidade à predação, ao uso do ambiente abiótico e às respostas a distúrbios e estresses (Kneitel & Chase, 2004).

Trade-offs são descritos para uma enorme variedade de grupos de organismos e situações, e citar alguns estudos pode ajudar a compreender o quão pervasivo é o uso do conceito em ecologia. Por exemplo, em relação à diferenciação quanto ao uso do ambiente abiótico, é descrito para formigas um trade-off entre tolerância termal e dominância competitiva. A dominância é definida pelo comportamento agressivo em relação a outras espécies de formigas, e neste estudo, as espécies subordinadas (menos agressivas) são mais tolerantes a temperaturas extremas, enquanto que as dominantes competitivamente (mais agressivas) são menos tolerantes (Bestelmeyer, 2000). Já em relação à susceptibilidade à predação, o tamanho dos grupos formados para alguns primatas pode ser descrito por meio de um trade-off entre o risco de predação e os custos da competição por alimento. Isso ocorre porque, se por um lado a formação de grupos grandes reduz o risco de predação, por outro lado a manutenção de tais grupos implica em tempo gasto em interações sociais e, portanto menos tempo dedicado à busca de alimentos (Bettridge et al., 2010). O risco à predação pode, inclusive, modificar comportamentos relacionados à reprodução diretamente, como no caso em que ocorre redução na taxa de acasalamento de gastrópodes marinhos quando há indícios da presença do predador (Koch et al., 2007). O que todos estes estudos têm em comum é o conflito entre características relacionadas às atividades fundamentais dos organismos.

Porém, apesar da idéia de trade-offs ser bastante sedutora do ponto de vista teórico e coerente do ponto de vista evolucionista, trade-offs não são fáceis de observar e a sua inferência a partir apenas de padrões observacionais é problemática (Begon et al., 2007). Além disso, segundo Tilman (2004), teorias clássicas baseadas em trade-offs apresentam o ponto fraco de não serem capazes de predizer limites para a diversidade, uma vez que um número potencialmente ilimitado de espécies poderia coexistir se uma espécie que é boa em lidar com uma limitação ambiental e ruim em lidar com outra. Por fim, o conceito de trade-offs tem a limitação de refletir um pensamento estritamente determinístico, que não leva em conta o papel do acaso na formação das comunidades. Alguns estudos tentam reconciliar a idéia de trade-offs e do papel do acaso (Teoria Neutra) na estruturação das comunidades, levando em conta, por exemplo, a estocasticidade no estabelecimento dos propágulos (Tilman, 2004) e as questões de equivalência funcional (Hérault, 2007). Tais estudos indicam que o avanço da teoria ecológica não pode se ater a apenas uma das duas idéias: nicho ou processos neutros.

Os principais e mais estudados são aqueles que se relacionam à diferenciação dos organismos quanto ao uso de recursos. Isso ocorre não só pela quantidade de estudos e a diversidade de grupos estudados, mas também pelo fato de que os recursos disponíveis para os organismos variam espacial e temporalmente, criando inúmeras possibilidades de diferenciação de nicho entre as espécies. Em especial, é bastante recorrente a ideia de um trade-off entre crescimento em alta disponibilidade de recursos e sobrevivência em baixa disponibilidade de recursos. Em linhas gerais, a ideia é que espécies adaptadas à ambientes com baixas disponibilidades de recursos possuem determinadas características (como baixas taxas de crescimento) que permitem a sobrevivência em tais condições, mas que por outro lado, as tornam menos competitivas em relação àquelas adaptadas a ambientes de alta disponibilidade de recursos (por exemplo: Tessier & Woodruff, 2002; Charf et al., 2009). No caso das comunidades de plantas, este tipo de trade-off é especialmente importante, pois é invocado para explicar sucessão e tolerâncias diferenciadas das espécies em relação às condições de sombreamento (Rees et al., 2001; Valladares & Niinemetes, 2008; Canham, 1989; Baraloto et al., 2005; Kunstler et al., 2009; Kitajima, 1994) e às condições de disponibilidade de nutrientes (Chapin, 1980; Baraloto et al. 2006).

Ainda em relação à questão de diferenciação no uso de recursos, em comunidades vegetais se destacam os estudos relacionados à disponibilidade de luz, que é não só um dos principais recursos utilizado pelas plantas, mas também um fator muito importante na determinação das condições ambientais (como temperatura, por exemplo). A observação de que as espécies vegetais diferem em relação a características associadas à luminosidade do ambiente que ocupam já é antiga, e vêm desde as primeiras classificações das espécies em grupos sucessionais (Whitmore, 1989). Mais recentemente duas hipóteses buscam explicar as diferenças de tolerância ao sombreamento: hipótese de ganho de carbono e hipótese de tolerância ao estresse (Valladares & Niinemetes, 2008). A primeira se baseia na idéia de um trade-off entre sobrevivência em baixa luminosidade e crescimento em alta luminosidade, que pode estar relacionado, por exemplo, à restrições relacionadas à fotossíntese e ao acúmulo diferenciado de substâncias de reserva (Myers & Kitajima, 2004). Já a segunda hipótese prevê um trade-off entre crescimento e investimento em defesa, uma vez que o dossel sombreado seria mais estressante, por exemplo pela maior atividade de organismos patogênicos, como fungos (Dobson & Crawley, 1994). Diversos estudos destacam a importância da atividade de patógenos na limitação ao estabelecimento das plântulas arbóreas sob condições sombreadas (MacCarthy-Neumann & Kobe, 2008; Augspurguer, 1984; Augspurguer & Kelly, 1984; Packer & Clay, 2000; Augspurguer & Wilkinson 2007), sendo que os patógenos podem atuar como uma poderosa força evolutiva, capaz de gerar adaptação local em comunidades vegetais (Burdon et al., 2006). Dessa forma, o investimento em estratégias de defesa, como tecidos mais rígidos e a produção de metabólitos secundários, é essencial para a sobrevivência sob o dossel sombreado, porém trata-se de um processo dispendioso, potencialmente conseguido às custas de investimento em crescimento (Kitajima, 1994; Mayer, 2004; Herms, 1992; Fine et al., 2006). Dessa forma, as duas hipóteses não são mutuamente exclusivas, mas ao contrário, complementares.

Formações de restinga são objetos interressantes no estudo de trade-offs relacionados à disponibilidade de recursos, pois são vegetações estabelecidas sob solo arenoso e pobre em nutrientes (Sugyama, 1998). Além disso, há dois gradientes de disponibilidade de recurso que ocorrem de modo contrário: o de nutrientes do solo, que aumenta no sentido praia-interior, pelo maior acúmulo de serrapilheira, e o de luminosidade, que diminui neste mesmo sentido, já que o porte da vegetação aumenta. Como as espécies também mudam ao longo deste gradiente, o entendimento de possíveis trade-offs entre características destas espécies pode ser um campo promissor para o entendimento da estruturação de tais comunidades e, portanto dos fatores que são importantes em projetos de restauração de áreas degradadas.

Fonte: Adaptato de Instituto de Biociências - Daniela Zonato.