Mudanças climáticas alteram a corrida armamentista química entre flores e borboletas

Um estudo recente de Mari Irving e colegas publicado no Journal of Chemical Ecology lança nova luz sobre como a dieta afeta as borboletas pintadas. Essas borboletas familiares, com suas asas laranja e pretas, são comuns em jardins de todo o mundo. O estudo, conduzido por pesquisadores da Universidade da Flórida Central, concentrou-se na compreensão de como as diversas espécies de flores das quais as mulheres pintadas se alimentam afetam sua sobrevivência e desenvolvimento.

Senhoras pintadas (Vanessa Cardui) têm uma dieta extraordinariamente ampla, alimentando-se de flores de mais de dez famílias de plantas diferentes. Esta estratégia alimentar generalista permite-lhes prosperar numa vasta gama de habitats. No entanto, poucas pesquisas até o momento examinaram como os produtos químicos específicos produzidos pelas plantas hospedeiras afetam as mulheres pintadas em diferentes fases da vida. As flores que visitam contêm diversos compostos, incluindo terpenos, que dê muitas plantas seus aromas característicos. Este novo estudo teve como objetivo determinar como os terpenos comuns encontrados no néctar floral e no pólen influenciam lagartas pintadas, pupas e adultos.

Examinando o impacto dos terpenos florais

terpenos são uma importante classe de compostos químicos que as plantas produzem por vários motivos. Esses diversos compostos, encontrados nos óleos essenciais de muitas flores, árvores e ervas, desempenham papéis críticos na defesa das plantas contra pragas e doenças. Os terpenos também conferem às flores seus aromas distintos, que servem para atrair polinizadores. A mistura de terpenos produzida por uma planta contribui para o seu aroma único.

Dada a sua importância na defesa das plantas e nas interações dos polinizadores, os pesquisadores queriam ver como os terpenos impactam as borboletas pintadas que se alimentam de néctar floral e pólen. Eles se concentraram em quatro terpenos florais comuns: limoneno, linalol, cineol e beta-cariofileno. Limoneno proporciona um aroma fresco e cítrico. linalol tem um aroma floral agradável encontrado na lavanda. O cineol tem um cheiro medicinal semelhante ao da cânfora e é um componente importante do óleo de eucalipto. O beta-cariofileno empresta uma fragrância amadeirada e picante. Ao testar este conjunto diversificado de terpenos, os investigadores procuraram compreender como influenciam o crescimento e a sobrevivência das mulheres pintadas.

Investigando os impactos dos terpenos por meio de experimentos de alimentação controlada

O pesquisadores conduziram experimentos de alimentação cuidadosamente controlados para entender como os terpenos afetam as mulheres pintadas. Eles alimentaram lagartas pintadas com dietas artificiais enriquecidas com níveis variados dos quatro terpenos – limoneno, linalol, cineol e beta-cariofileno. As dietas continham diferentes concentrações de cada terpeno, variando de nenhuma até níveis tóxicos.

Irving e colegas conduziram os experimentos em três temperaturas diferentes: 24°C, 27°C e 30°C. Esse variação permitida os pesquisadores para ver se a temperatura afetou os efeitos dos terpenos. Depois de alimentar as lagartas com dietas de terpenos, os pesquisadores mediram vários efeitos:

• Taxas de eclosão dos ovos
• Sobrevivência da lagarta
• Tempo necessário para o desenvolvimento
• Tamanho das borboletas adultas pintadas

Ao testar sistematicamente dietas com diferentes níveis e temperaturas de terpenos, os investigadores puderam identificar como estes compostos florais influenciam as mulheres pintadas em várias fases da vida.

Os terpenos reduziram a sobrevivência e retardaram o desenvolvimento, mas não diminuíram o tamanho dos adultos

A alimentação experimentos revelados várias maneiras pelas quais os terpenos impactaram as mulheres pintadas. Os terpenos impediram a eclosão de muitos ovos, com efeitos mais fortes observados em temperaturas mais frias de 24°C em comparação com temperaturas mais altas. Os três monoterpenos (limoneno, linalol e cineol) foram mais eficazes na inibição da eclosão dos ovos.

Além disso, lagartas e pupas morreram com mais frequência quando alimentadas com dietas contendo níveis mais elevados de terpenos. Tal como acontece com a eclosão dos ovos, os monoterpenos apresentaram a maior toxicidade, causando aumentos dependentes da dose na mortalidade durante os estágios larval e pupal.

Curiosamente, os investigadores descobriram que as taxas de mortalidade aumentaram a temperaturas mais elevadas para alguns terpenos, como o linalol. Este resultado sugere que a toxicidade dos terpenos pode ser aumentada com o calor.

Além da sobrevivência, os terpenos também retardaram o desenvolvimento das mulheres pintadas. As lagartas demoravam mais para formar pupas quando ingeriam dietas mais concentradas. Os monoterpenos limoneno, linalol e cineol exibiram esse efeito retardador do desenvolvimento.

Apesar dos impactos negativos dos terpenos na sobrevivência e taxa de crescimento, os cientistas descobriram que o tamanho das borboletas pintadas adultas não era afetado pelo conteúdo de terpenos de suas dietas larvais. A massa adulta variou apenas dentro de uma faixa de duas vezes, independentemente de as lagartas consumirem níveis altos ou baixos dos compostos. Este resultado indica que, embora os terpenos reduzam a sobrevivência juvenil, se as senhoras pintadas conseguirem emergir com sucesso da fase de pupa, podem evoluir para adultos de tamanho normal.

Implicações para interações planta-inseto

Os resultados revelam que a dieta da senhora pintada tem efeitos variados dependendo da fase da vida. Embora os terpenos inibam fortemente a eclosão dos ovos, se as larvas se alimentarem com sucesso com dietas contendo terpenos, poderão desenvolver-se em adultos de tamanho normal, embora à custa de um desenvolvimento mais lento e de uma mortalidade mais elevada. Este impacto diferencial destaca como a suscetibilidade das mulheres pintadas defesas químicas das plantas é altamente dependente do contexto, impulsionado por fatores como estágio de vida, temperatura e terpenos específicos presentes em sua dieta floral.

A temperatura também parece desempenhar um papel importante na determinação da toxicidade dos terpenos. As descobertas ajudam a explicar por que as plantas podem produzir diferentes produtos químicos defensivos em condições quentes e frias – a sua eficácia muda com a temperatura. Por exemplo, todos os três monoterpenos eram menos tóxicos para larvas e pupas pintadas em temperaturas mais baixas. Como global aumento de temperatura, este fenómeno pode ter um impacto notável nas mulheres pintadas.

De forma mais ampla, esta pesquisa fornece insights sobre a dinâmica complexa entre plantas e insetos herbívoros. Mostra como fatores como plantas e colheitas selvagens divergem. Irving e colegas escrevem:

No geral, estes muitos efeitos individuais sugerem uma potencial intensificação da interacção planta-herbívoro sob as alterações climáticas. Populações maiores de insectos de desenvolvimento mais rápido consomem maiores quantidades de tecido vegetal, enquanto as plantas de crescimento mais rápido produzem maiores quantidades de biomassa com menos nutrientes, defendida com concentrações mais elevadas de defesas químicas baseadas em carbono mais eficazes. Embora se possa esperar que as plantas prevaleçam sob tais condições, se grandes populações de insectos forem submetidas a dietas em que os indivíduos devem ingerir maiores quantidades de defesas químicas mais tóxicas para satisfazer as suas necessidades nutricionais mínimas, isso constituiria uma forte força selectiva para a evolução das espécies. resistência a essas defesas químicas.

Irving et al. 2023.

O problema com isso, dizem os autores, é que, embora plantas selvagens vão se adaptar, as plantas domesticadas não evoluem; eles estão selecionados. Assim, as culturas podem tornar-se muito mais atractivas para as pragas resistentes aos terpenos. As mudanças de temperatura, particularmente as oscilações de temperatura no aumento das estações extremas, também afectarão as defesas químicas das plantas contra os herbívoros. Tanto as mudanças de temperatura como de tempo terão de ser tidas em conta em futuros modelos de controlo de pragas.

LEIA O ARTIGO
Irving, MR, Goolsby, EW, Stanford, H., Lim-Hing, S., Urrea, M. e Mason, CM (2023) “Temperature alters the toxicological impacts of plant terpenoids on the polyphagous model herbivore Vanessa cardui" Journal of Chemical Ecology. Disponível em: https://doi.org/10.1007/s10886-023-01449-8.

Capa: Vanessa Cardui. Imagem: canva.