Ecofisiologia evolutiva de Heliconius: morfometria das asas, metabolismo do voo, do comportamento canibal e aclimatação a diferentes temperaturas

Abstract

O estudo sobre o mimetismo de Heliconius sempre recebeu muita atenção. Novas relações entre as espécies do gênero são descobertas em primorosos estudos. No entanto, quanto a Fisiologia do grupo existem poucas investigações. A relação estabelecida entre as espécies de Heliconius formando anéis miméticos ocorre tanto entre espécies pertencentes ao mesmo clado, como em espécies distantes filogeneticamente. Nesta Tese estudamos três espécies de Heliconius do sul do Brasil relacionando a Fisiologia e a morfologia com o mimetismo. Buscamos saber se o mimetismo existente entre o par mimético, Heliconius besckei (clado silvaniforme) e Heliconius erato phyllis (clado de acasalamento pupal) permanece em outras características além do padrão de coloração da asa. Além disso, investigamos se H. besckei diverge nestes mesmos parâmetros fisiológicos e morfológicos da espécie H. ethilla narcaea, que pertence também ao clado silvaniforme e assim como H. e. phyllis é simpátrica com H. besckei no sul do Brasil. Foram utilizadas metodologias de análise ultraestrutural da musculatura do tórax das borboletas, assim como também analisamos marcadores bioquímicos ligados ao balanço oxidativo e ao metabolismo intermediário. Para análise morfológica, utilizamos morfometria geométrica nas asas das três espécies para avaliar a forma e o tamanho. Nossos resultados mostraram que a espécie H. besckei convergiu com seu par mimético H. erato phyllis, para além do padrão de coloração, no tipo de voo, no tamanho e forma das asas anteriores, na massa corporal (tórax e abdômen), além de alguns marcadores do balanço oxidativo (TBARS, SOD e GST) e do metabolismo intermediário (conteúdo de proteínas totais, lipídios totais, triglicerídeos, colesterol e glicogênio). No entanto, devido às restrições à ambientes de altitudes maiores que 700m, as exigências fisiológicas de H. besckei para viver em simpatria com a espécie mimética parecem dispendiosas. Dessa forma, alguns parâmetros como a área mitocondrial, a atividade da catalase e os níveis de ácido úrico e lactato foram divergentes. Além disso, investigamos também os marcadores bioquímicos de lagartas e pupas de H. e. phyllis em relação ao comportamento canibal que apresentam enquanto larvas de 1° instar. Nossos resultados não mostraram diferenças significativas entre animais que apresentaram comportamento canibal e não canibal sobre os marcadores de estresse oxidativo e metabolismo. Contudo, os níveis de colesterol são mais baixos e de GST mais altos em lagartas de 4° instar que não apresentaram o comportamento canibal. Estes resultados são interessantes quando analisamos o tempo de desenvolvimento por instar, onde os indivíduos que apresentam comportamento canibal sofrem ecdise mais rapidamente do 1° para o 2° instar. Analisamos também a resposta de lagartas de H. ethilla narcaea frente a duas temperaturas (19° e 24°C) de ambientes em que normalmente são encontradas. Registramos que lagartas de 5° instar mantidas a 24°C apresentam menor massa corporal e menores níveis de lactato quando comparadas com as lagartas mantidas em 19°C. Não obtivemos diferenças em relação aos marcadores de balanço oxidativo, o que juntamente com os outros resultados pode indicar que as lagartas mantidas em temperaturas mais quentes ajustem possivelmente, seu comportamento, sua atividade metabólica, priorizando através da ingesta o acúmulo de moléculas antioxidantes oriundas do alimento ofertado (Passiflora edulis), dessa forma conseguem frear o aumento de ERO. Nossos resultados são novos, importantes e 15 originais fontes de informação sobre as espécies de Heliconius e principalmente sobre as espécies ocorrentes no sul do Brasil.

The study of Heliconius mimicry has always received much attention. New relationships among species of the genus are discovered in exquisite studies. However, there are few investigations regarding the group’s Physiology. The relationship established between Heliconius species, forming mimetic rings, occurs both between species belonging to the same clade, as in phylogenetically distant species. In this thesis we studied three species of Heliconius from southern Brazil relating Physiology and morphology with mimicry. We sought to know whether the existing mimicry between the mimetic pair Heliconius besckei (silvaniform clade) and Heliconius erato phyllis (pupal mating clade) remains in other characteristics beyond the wing coloration pattern. In addition, we investigated whether H. besckei diverges in these same physiological and morphological parameters of the species H. ethilla narcaea, which also belongs to the silvaniform clade and as well as H. e. phyllis is sympatric with H. besckei in southern Brazil. Ultrastructural analysis methods were used to investigate the butterflies’ musculature of the thorax, as well as the study of biochemical markers linked to the oxidative balance and to the intermediate metabolism. For morphological analysis, we used geometric morphometry on the wings of the three species to evaluate shape and size. Our results showed that the species H. besckei converged with its mimetic pair H. erato phyllis, beyond the coloration pattern, in flight type, size and shape of anterior wings, body mass (thorax and abdomen), besides some markers of oxidative balance (TBARS, SOD and GST) and intermediate metabolism (total protein content, total lipids, triglycerides, cholesterol and glycogen). However, due to constraints to environments with altitudes higher than 700m, the physiological requirements of H. besckei to live in sympathy with the mimetic species seem costly. Thus, some parameters such as mitochondrial area, catalase activity and uric acid and lactate levels were divergent. In addition, we also investigated the biochemical markers of caterpillars and pupae of H. e. Phyllis in relation to the cannibal behavior that they present as 1st instar larvae. Our results did not show significant differences between animals that presented cannibal and not cannibal behavior on the markers of oxidative stress and metabolism. However, cholesterol levels are lower and GST is higher in 4th instar caterpillars that did not show cannibal behavior. These results are interesting when we analyze the development time per instar, where individuals with cannibal behavior undergo ecdysis more quickly from 1st to 2nd instar. We also analyzed the response of H. ethilla narcaea caterpillars to two temperatures (19º and 20 ºC) of environments in which they are normally found. We recorded that 5º instar caterpillars maintained at 24ºC presented reduced body mass and reduced levels of lactate when compared to caterpillars maintained at 19ºC. We did not obtain differences in relation to oxidative balance markers, which together with the other results may indicate that caterpillars maintained at warmer temperatures possibly adjust their behavior, their metabolic activity, prioritizing through ingestion the accumulation of antioxidant 16 molecules from food (Passiflora edulis), in this way they can stop the increase of ERO. Our results are new, important and original sources of information on the species of Heliconius and specially on the species occurring in southern Brazil.