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Biodiversidade

BIODIVERSIDADE  BIOLUMINESCENTE TERRESTRE

 Espécies bioluminescentes ocorrem predominantemente no ambiente marinho, principalmente nas profundezas escuras dos mares onde 75% das espécies e 95% dos organismos são bioluminescentes (Herring, 1988). No ambiente terrestre a bioluminescência é aparentemente menos frequente, occorrendo em fungos, bactérias, moluscos, anelídeos e artrópodos, principalmente em insetos (Viviani, 2002). Entretanto, esta menor frequência no ambiente terrestre se deve em parte ao fato que habitats potencialmente ricos, como o interior de florestas tropicais, tem sido pouco explorados.

INSETOS BIOLUMINESCENTES
A classe dos insetos é a mais rica em espécies luminescentes. A bioluminescência é encontrada em ca de 2000 espécies nas ordens Diptera, Collembola e principalmente Coleoptera.  Entre os Coleópteros, espécies bioluminescentes são encontradas principalmente na superfamília Elateroidea que inclue as principais famílias de vagalumes: Lampyridae, Phengodidae e Elateridae. O Brasil é o país com a maior biodiversidade de insetos bioluminescentes no mundo com ca de 23% da fauna mundial destes coleópteros. Entretanto estima-se que um número muito maior ainda esteja para ser descrito.

DIPTERA: Mycetophilidae. Entre os dípteros são encontradas espécies bioluminescentes na família Mycetophilidae nos generos Arachnocampa, Orfelia e Keroplatus (Harvey, 1952; Lloyd, 1978). O caso mais conhecido são as larvas das cavernas do Waitomoo na Nova Zelândia, pertencentes à Arachnocampa luminosa, que constrõem teias no teto das grutas às quais se penduram utilizando sua luminescência azulada para atrair insetos voadores que servirão de presas. Não existem relatos de espécies luminescentes desta família no Brasil.

COLEOPTERA. A ordem dos coleópteros é a mais numerosa em espécies. Ca de 400.000 espécies foram descritas, mas estimativas recentes, baseadas em número de espécies encontradas em florestas tropicais, indicam que um numero muito maior de espécies não esteja descrito (Erwin, 1997). A superfamília Elateroidea que inclue as antigas superfamílias Cantharoidea (Lampyridae, Phengodidae, Homalisidae e Telegeusidae) e Elateroidea (Elateridae e Trixagidae) (Lawrence and Newton, 1995) abriga as principais famílias de insetos luminescentes: As famílias mais numerosas em espécies luminescentes são Lampyridae (ca 1800), Elateridae (100) e Phengodidae (150) (Lloyd, 1978; Costa et al. 2000; Viviani 2001). Espécies bioluminescentes foram descobertas também nos gêneros Xantholinus (Costa et al., 1986) e Scotylinus na família Staphylinidae (Viviani, pers. comm.).
Lampyridae. A família Lampyridae inclue ca de 1800 espécies descritas e possivelmente o mesmo número ainda para ser descrito na região Neotropical (Lloyd, 1971, 1978). No Brasil a família Lampyridae inclue ca de 350 espécies descritas em 31 generos (Costa, 2000).  Na fase adulta os vagalumes utilizam sua luminescência para reprodução. Machos e fêmeas comunicam-se através de sinais específicos caracterizados pela intensidade, freqüência e intervalo entre os lampejos. Na fase larval também emitem luz mais continua com função aposemática. Outras funções biológicas como iluminação tem sido propostas (Sivinsky, 1981; DeCook, 2003).
Elateridae. A família dos elaterídeos inclui 414 gêneros com ca de 9300 espécies descritas no mundo (Costa, 2000). No Brasil foram descritas 590 espécies em 81 gêneros. Apenas ca de 100, pertencentes à subfamília Agrypinae (tribos Pyrophorini e Campyloxenini) possuem espécies luminescentes (Costa et al., 1988). Embora espécies luminescentes de Pyrophorini sejam encontradas quase exclusivamente na região Neotropical, espécies do gênero Hifus e Photophorus com luminescência foram descritas nas ilhas Fiji e Malásia (Harvey, 1951). No Brasil, estas espécies são encontradas principalmente no interior de florestas, entretanto várias espécies são encontradas também em ecossistema de Cerrado. Elaterídeos adultos emitem luminescência esverdeada por duas lanternas toraxicas, com finalidade de atração sexual e defesa, e luz amarela pela lanterna abdominal com finalidade de atração sexual e iluminação (Bechara, 1988). As larvas de Pyrearinus termitilluminans habitam galerias superficiais de cupinzeiros na região Central do Brasil, eliciando o fenômeno dos cupinzeiros luminosos (Redford, 1982) com a finalidade de atrair insetos voadores (Bechara, 1988), analogamente as larvas do díptero Arachnocampa.
Phengodidae. Os fengodídeos constituem uma família pequena, com ca de 150 espécies descritas, a maioria se não todas luminescentes. Estas espécies estão agrupadas nas subfamílias Phengodinae, com representantes na América, e Ragophtalminae com representantes asiáticos (Lawrence and Newton, 1995). No Brasil foram descritas 48 espécies em 12 gêneros dentro da subfamília Phengodinae (Wittmer, 1995), a maioria dentro da tribo Mastinocerini, mas um número maior de espécies ainda está para ser descrito. Os fengodídeos embora escassos são encontrados com maior frequência no interior de florestas e cerrados. Os fengodídeos emitem luminescência verde-amarela pelas lanternas laterais, com finalidade de defesa, e do verde-amarelo ao vermelho pelas lanternas da cabeça com finalidade de iluminação durante a caça de presas (Viviani and Bechara, 1997).

Nos últimos 15 anos nosso grupo  catalogou mais de 50 espécies de lampirídeos, elaterideos e fengodideos somente na região leste do Estado de São Paulo (Costa et al., 1989; Viviani e Bechara, 1997; Viviani, 2001).

Importância de espécies bioluminescentes em pesquisa básica, aplicada e saúde. As larvas de lampirídeos, por se alimentarem de gastrópodes já foram consideradas como potencialmente úteis no controle biológico de espécies de caramujos importantes econômicamente e em para a saúde pública. Em particular, as larvas de lampirídeos aquáticos Lucíola cruciata e L. lateralis já foram utilizadas no controle de caramujos vetores de verminoses como Shistossoma japonicum e Fasciola hepatica em plantações de arroz e em outras regiões palustres no Japão (Okada, 1928). A espécie indiana Lamprocerus tenebrosus, um importante inimigo natural do caramujo-praga de plantações Achatina fulica, tem sido também exportada para vários países para o controle biológico de caramujos nocivos à agricultura (Bess, 1956). No Brasil a larva de Aspisoma sp2, encontrada  em areas pantanosas na região de Campinas é inimigo natural de Biomphalaria tenagophila, importante vetor da esquistossomose e estudos em laboratório mostram que podem predar outras espécies de caramujos vetores de verminoses (Viviani, 1989a,b; 2001). Entretanto, a maior utilidade econômica que os vagalumes adquiriram vem dos componentes que geram a bioluminescência, a luciferina e a luciferase. Desde que a reação luciferina-luciferase de vagalumes envolve a ativação por ATP, nos últimos 50 anos este sistema tem sido extensivamente utilizado em aplicações analíticas envolvendo dosagens de ATP, quantificação de biomassa, análise de contaminação bacteriana de amostras biológicas e produtos industriais (alimentos e bebidas) entre outros (Viviani, 2002). Mais recentemente a clonagem dos genes das luciferases permitiu a utilização destes genes como biomarcadores luminosos de processos biológico-moleculares, tornando possível toda uma nova gama de aplicações de interesse biotecnológico e biomédico (Naylor, 2000; Viviani, 2002). Entre estes destaca-se a recente utilização dos genes das luciferases para acompanhar a progressão e regressão de agentes patológicos in vivo para a rápida seleção de agentes microbicidas (Contag e Bachmann, 2002; Viviani, 2006)). Algumas luciferases de coleópteros brasileiros clonadas pelo nosso grupo também já são utilizadas como importantes genes repórter para avaliação da expressão gênica em células de mamíferos (Nakajima et al., 2004) e bactérias.

Vagalumes como indicadores ambientais de poluição luminosa. É crescente a preocupação com os efeitos adversos da poluição luminosa (Harder, 2002). Em tartarugas marinhas a luminosidade dos centros urbanos desorienta a caminhada dos rescém-nascidos na direção oposta ao mar aumentando a mortalidade da espécie (Witherington, 1992). Em pássaros, luz de cromaticidade vermelha interfere com a orientação magnética das espécies. Em insetos, é conhecido ha muito tempo o efeito adverso das luzes artificiais em atrair e matar insetos noturnos como mariposas e besouros. Até em seres humanos estima-se que a iluminação noturna em centros urbanos possa influenciar fatores psico-sociais sendo uma das causas que contribuem para a patologias como depressao, insonia e ate criminalidade. Os vagalumes, por dependerem de sua luminescência para reprodução, são muito sensíveis a condições de iluminação ambiental (Lall, 1993). Em várias localidades do mundo foi registrada a diminuição ou desaparecimento de espécies de vagalumes em áreas urbanas e industrializadas (Lloyd,1993; DeCock, 2004). Na região de Campinas, ao longo dos últimos 20 anos registramos o desaparecimento de várias espécies em localidades em que foi instalada iluminação artificial (Viviani, 2001). Entretanto ainda faltam estudos mais detalhados a este respeito. Os vagalumes e outros coleópteros bioluminescentes certamente constituem valiosos indicadores ambientais do impacto da iluminação artificial.

Vagalumes como indicadores ambientais para recuperação de cursos de água. No Japão, vagalumes das espécies Lucíola cruciata e L. lateralis, cujas larvas são aquáticas, estão sendo utilizados como importantes indicadores ambientais para a recuperação de habitats ao longo de cursos de água em áreas urbanas (Ohba). Como o vagalume se situa no topo da cadeia alimentar aquática, predando caramujos aquáticos, ele consitue um excelente indicador da qualidade e ambiente da água. No Brasil, existem poucas espécies aquáticas descritas (Costa, 1988; Viviani, 1989), entretanto, estudos sobre a biologia e ecologia existem somente para Aspisoma sp2 estudada pelo autor na região de Campinas (Viviani, 1989; 2001). As larvas desta espécie vivem em locais alagadiços e são predadoras naturais dos caramujos Biomphalaria  spp que são vetores de Shistossoma mansoni, causador da esquistossomosse, e  Limnaea spp que é vetor da Fasciola hepática. Outras espécies, entretanto, vivem em locais palustres podendo servir como importantes indicadores secundários. Finalmente, espécies que vivem em matas fechadas podem constituir importantes indicadores para estes habitats.

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