Causo: Qual a diferença entre a Science e a Nature? Perspectiva de um percevejo.

"Everything has already been said, but perhaps not by everyone and to everyone."

["Tudo já foi dito, mas talvez não por todos e nem pra todo mundo."]

Desconhecido.  Apud  DiNardo 2008.

As duas principais revistas científicas multitemáticas são a britânica Nature (fundada em 1869 e com assinatura anual de US$ 199) e a americana Science (em 1880, com assinatura anual de US$ 140). A primeira tem um fator de impacto de 36,101 citações por artigos e a segunda, de 31,364 (valores de 2010). Ambas receberam em 2007, o prêmio Príncipe das Astúrias na categoria de comunicação.

Mas tirando o fato de que na primeira você escreveria 'organisation' e na segunda, 'organization', que diferenças substanciais podemos destacar entre as duas? Um inseto, o percevejo-fogo europeu Pyrrhocoris apterus, sabe. (Figuras 1, adulto, e 2, ninfa.)

Figura 1. Adulto de Pyrrhocoris apterus. Fonte: Wikimedia Commons.

Figura 2. Ninfa de Pyrrhocoris apterus. Fonte: Wikimedia Commons.

A história - publicada em 1965 - é antiga o bastante para ter adentrado em livros-textos de fisiologia animal e biologia do desenvolvimento, mas a anedota é suficientemente deliciosa e dentro de um tema não tão bem profundamente conhecido pelo público em geral que vale a pena contar.

O fisiologista animal tcheco Karel Sláma, do então Instituto Entomológico da Academia de Ciências Tchecoslovaca (atualmente da Academia de Ciências da República Tcheca), foi visitar os EUA e levou ovos do P. apterus para o laboratório de Carroll Milton Williams (morto em 1991, aos 74), entomólogo da Universidade de Harvard. (Não sei como era naquele tempo a questão da defesa agropecuária e introdução de pragas em potencial. Provavelmente bem menos rigoroso do que hoje em dia.)

Como todo bom hemimetábolo, o P. apterus normalmente passa por estágios de ninfas, sofrendo muda periódica e, ao final, adquirindo a asa da forma adulta. Esse processo é controlado pelo hormônio juvenilizante, secretado pelas corpora alatta, um par de glândulas localizadas atrás do cérebro dos insetos. Após algumas mudas, o hormônio deixa de ser produzido pelas glândulas e o inseto se transforma em adulto (voltando a ser produzido e estimulando a maturação das gônadas).

Nos 10 anos em que foram criadas no laboratório em Praga, as linhagens apresentaram todas desenvolvimento normal dos indivíduos, com o estágio adulto ocorrendo na muda do 5o estágio de ninfa. Em Boston, dos 1.500 ovos que eclodiram inicialmente, nenhum alcançou a maturidade sexual: a partir do 5o estágio, emergiu um 6o estágio de ninfa ou formas adultóides que retinham muitas características larvais; em alguns casos, houve até mesmo um 7o estágio de ninfa.

Após uma detalhada auditoria comparando as diferenças de manejo das criações no laboratório de Praga e no de Harvard, chegaram a uma lista de 15 diferenças. Uma a uma foram testadas. A conclusão foi a de que o papel toalha usado para forrar as caixas de criação estava envolvido: quando o substituíram por um papel filtro, o fenômeno desapareceu.

Abriu-se uma avenida de possibilidades para os cientistas explorarem. Experimentaram diferentes marcas de papel toalha: 18 das 20 testadas causavam a juvenilização permanente dos insetos. Exposição a exemplares de The Wall Street Journal, New York Times, Boston Globe, Scientific American e... Science também provocavam o fenômeno. Mas, se usavam papel de procedência europeia e japonesa, não. Nem London Times, nem... Nature.

Isolando extratos dos papéis e depois das árvores fonte das fibras chegaram à conclusão de que um composto presente naturalmente em certas plantas americanas mimetizava o efeito do hormônio juvenilizante de P. apterus. E o efeito era bem específico - pois os extratos que tinham o efeito no percevejo não causavam nenhum sinal quando aplicado em pupas de Hyalophora cecropia e de Antheraea polyphemus, dois lepidópteros saturnídeos norte-americanos.

Estava descoberto um novo mecanismo de proteção de plantas. E, claro, um novo caminho para controle de pragas.

Upideite(16/jun/2012): De mais peculiar no artigo, é que lá há menos preocupação com descrições quantitativas, tabelas e gráficos sobre os resultados, do que a descrição do processo: desde como o problema surgiu, até os caminhos pelos quais a questão foi atacada. Claro, inevitavelmente a narrativa é direcionada pela trilha que, ao fim, revelou-se esclarecedora - mas há pistas dos outros desvios percorridos. A maioria dos trabalhos falham em contextualizar o processo - quando muito, a origem da questão é colocada na introdução; mas do resto decorre uma descrição que parece que os autores tinham a exata ideia do que deveria ser feito desde o início e que tudo se deu exatamente como planejado. Acho que entre os materiais suplementares disponibilizados nos sites de muitos periódicos (com detalhamento da metodologia, dos dados analisados, gráficos que não couberam no artigo final, etc.) poderia constar uma breve narrativa dos caminhos geralmente tortuosos trilhados pelos pesquisadores. Ou pelo menos um link para uma página (ou blogue) em que os autores dão detalhes dos impasses e insights surgidos.

No slogans?

Via SemCiênciaSemciência* tomei conhecimento da reportagem de Fábio de Castro da Agência Fapesp sobre um estudo a respeito de especiação sem seleção natural e sem barreiras geográficas.

*Upideite (02/out/2009): correção a esta data. Vide aqui.

"Trabalhando com simulações em modelos matemáticos, um grupo de pesquisadores do Brasil e dos Estados Unidos acaba de propor um mecanismo de formação de novas espécies biológicas que não envolve barreiras físicas ou isolamento geográfico. O estudo foi publicado na edição desta quinta-feira (16/7) da revista Nature."

"Segundo ele [Marcus Aloizio Martinez de Aguiar, do Instituto de Física Gleb Wataghin da Unicamp, primeiro autor do estudo], a principal contribuição do novo estudo é ter sugerido um mecanismo de especiação que prescinde das barreiras espaciais e da seleção natural, mas cujos resultados são compatíveis com os padrões de abundância de espécies observadas na natureza."

Na verdade o estudo não propõe um mecanismo, ele testa um mecanismo já proposto - a novidade é que eles demonstram a viabilidade para organismos com reprodução sexual por meio de simulação em computador. O mecanismo é de isolamento por distância, estudado teoricamente desde os anos de 1940 (vide, por exemplo, [1] e [2]).

"'O número de espécies existentes atualmente é muito grande – cerca de 100 milhões –, o que indica que a especiação é a regra e não uma exceção. Portanto, os mecanismos de especiação devem ser muito simples, embora sua compreensão não seja trivial. Um deles, sem dúvida, é o processo de isolamento geográfico, mas é improvável que seja o único. Nosso estudo aponta para a existência de um mecanismo diferente, em consonância com as observações experimentais', disse Aguiar à Agência FAPESP."

Na verdade não se sabe quantas espécies existem atualmente. As estimativas variam de 2 milhões a 100 milhões. Mas mesmo supondo que sejam 100 milhões ou mais, não se pode concluir com base nisso que os mecanismos de especiação sejam simples, quanto mais muito simples. Alguém aqui pode se lembrar da navalha de Occam. Mas por isso devemos escolher o mecanismo mais muito simples (dentre os que explicam bem algum fenômeno) independentemente da frequência do fenômeno: fenômenos raros ou comuníssimos devem ser explicados por mecanismos tão simples quanto possível. No entanto, tão simples quanto possível não quer dizer que seja intrinsecamente simples, apenas que é relativamente mais simples do que alguma outra explicação alternativa. P.e., a produção de biomassa com o uso da energia solar é algo extremamente comum em nosso planeta, porém o fenômeno da fotossíntese é bastante complexo.

"Além do fator relacionado à distância, o estudo determinou também que a reprodução só ocorre quando os indivíduos têm um certo grau de semelhança genética."

Na verdade o estudo parte da premissa de que indivíduos só se reproduzem com outros geneticamente similares. Basta dar uma olhada na descrição do método:

"We used agent-based simulations in which agents identified by geographical location and genotype undergo sexual reproduction in pairs limited by geographical and genetic proximity. Each offspring replaces a parent and differs in genotype according to genetic inheritance from both parents, with crossover and mutation, and in geographical location by dispersal. According to tests of multiple model variants, including parameter variation, sequential and synchronous mating, hermaphroditism and two sexes, single or multiple crossovers, direct assortative mating and separate fitness and sexual selection genetic components, our results apply quite generally, with the key properties needed being the limitations on spatial and genetic distances of mating." (Aguiar et al. 2009 [3])

Tampouco faria sentido um estudo tentar demonstrar que a distância genética leva a um isolamento reprodutivo, seria como um estudo atual tentar demonstrar que plantas fazem fotossíntese. Qualquer primeiranista do ensino médio sabem que indivíduos se reproduzem com indivíduos geneticamente similares. E a leitura do parágrafo seguinte da reportagem da Agência Fapesp confirma:

'Além da distância espacial, há também uma distância genética crítica. O que mostramos é que, se a distância espacial ou genética for muito grande, não há formação de novas espécies. Existe uma região de parâmetros na qual a especiação ocorre e uma outra na qual não ocorre', disse."

Então o que o estudo mostra é que a especiação ocorre somente quando os indivíduos se acasalam com outros indivíduos geneticamente similares (vide figura 2 do estudo de Aguiar et al. 2009 [3]).

Em relação ao estudo, o que se pode contestar um tanto é em relação à limitação geográfica do acasalamento. Isso elimina a migração entre populações distantes (o estudo até contempla aves migratórias, mas com reprodução restrita ao local de nascimento) - e estudos teóricos demonstram que a ocorrência de uma pequena taxa de migração é o suficiente para impedir a diferenciação entre populações de outro modo isoladas: daí a ocorrência de espécies cosmopolitas como a humana, as baratas, os ratos de esgoto, pardais e outras pragas. De fato, pelo estudo, quando o parâmetro geográfico tem seu valor aumentado, deixa de se observar especiação.

Não deixa de ser um estudo interessante de todo modo. E, para nós, é importante, pois se trata de mais um cientista brasileiro emplacando trabalho em uma publicação conceituada.

[1] Wright, S. 1938. Size of population and breeding structure in relation to evolution. Science 87:430-1.
[2] Wright, S. 1943. Isolation by distance. Genetics 28: 114-38. Disponível aqui.
[3] Aguiar, MAM. et al. Global patterns of speciation and diversity. Nature 460: 384-8. doi:10.1038/nature08168

Upideite (30/jul/2009): ainda sobre a migração; o trabalho, como dito, limita migração, mas organismos reais migram, migram e se especiam (aqui sob a intervenção da seleção natural ou da pressão de mutação superando o fator de homogeneização); mas o modelo ainda assim funciona; isto é, usam uma premissa sabidamente não realista (organismos não migram) e obtêm um resultado que se ajusta ao observado; esse é um ponto intrigante para se analisar.