Explicações funcionais na Biologia: o fenômeno polinização

Considerando explicações sobre o fenômeno polinização a partir de narrativas biológicas, este estudo foi norteado pela seguinte pergunta: até que ponto alguns termos, aparentemente finalistas, podem ser usados em textos científicos sem que ocorra um prejuízo no entendimento de questões ontogenéticas e filogenéticas? Diante esta questão, os objetivos desta pesquisa foram: i) apresentar uma discussão sobre as explicações funcionais na biologia, especificamente em relação ao fenômeno polinização e ii) contribuir para reflexões epistemológicas no ensino de Biologia. Foram selecionados dois filósofos para definições e análises sobre linguagens funcionais, Larry Wright e Robert Cummins. Para análise dos textos científicos sobre o fenômeno polinização, foi realizado o recorte de dois momentos históricos, um do século XVIII, quando se iniciou os estudos sobre polinização, e outro do século XIX, quando a teoria da evolução estava em discussão. As duas interpretações filosóficas defendem, embora de uma maneira distinta, a existência de uma ideia explanatória do conceito de função para a biologia. A concepção de Larry Wright (1973) sustenta que a função explica por que algo existe e a de Robert Cummins (1975) considera que o poder explicativo da função está na avaliação de sua contribuição para o sistema do qual faz parte, não sendo relevante para sua compreensão a informação sobre sua origem evolutiva. As duas obras científicas primárias selecionadas para análises, de Christian Sprengel (1750-1816) e Charles Darwin (1809-1882), apresentaram alguns termos aparentemente finalistas, ou seja, com conotação de caráter teleológico. A análise dos dados permite dizer que a questão sobre função na biologia é bastante inquietante. Tanto a ciência quanto a filosofia estão em processos de desvelar quais as melhores formas de tratamento de termos finalistas que satisfaçam os problemas de seu uso sem que ocorra um prejuízo no entendimento das questões evolutivas do fenômeno estudado. Este estudo sugere uma redução do uso de termos teleológicos em textos científicos, uma vez que há diferentes visões sobre este conceito, o que pode gerar interpretações incorretas. Além disso, as implicações deste estudo para a Didática da Biologia são apresentadas por meio de inserções filosóficas-epistemológicas em aulas de Biologia com o intuito de permitir o desenvolvimento dos conteúdos biológicos de forma mais reflexiva e contextualizada.

Interactions of maize bushy stunt phytoplasma with the leafhopper vector, Dalbulus maidis (Delong and Wolcott) (Hemiptera: Cicadellidae) and associated microbiota

Phytoplasmas are bacteria with a persistent propagative transmission by insect vectors that generates direct and indirect interactions among them. In order to understand these interactions for maize bushy stunt phytoplasma (MBSP) and the leafhopper vector Dalbulus maidis (Hemiptera: Cicadellidae), two research lines were addressed. The first one aimed to determine the indirect effects of maize infection by MBSP on some biological and behavioral parameters of the vector, whereas a second line investigated direct interactions of the phytoplasma with D. maidis during its movement through the vector body following acquisition from plants, and associated microbiota. Indirect effects were investigated in choice experiments in which alighting and oviposition preferences by D. maidis were compared on healthy vs. MBSP-infected plants with variable incubation time (diseased plants with early and advanced symptoms, or still asymptomatic). Likewise, indirect effect of MBSP on the D. maidis biology was determined in two life table experiments in which the vector was reared on healthy vs. MBSP-infected plants expressing advanced disease symptoms or still asymptomatic. Choice experiments showed that alighting and oviposition preferences of D. maidis on MBSP-infected plants compared to healthy plants depend on the pathogen incubation period in the plant. The leafhopper preferred MBSP-infected plants over healthy ones during the asymptomatic phase of the disease, but rejected infected plants with advanced symptoms. The vector was able to acquire MBSP from asymptomatic infected plants shortly (3 days) after inoculation, but transmission efficiency increased when acquisition occurred at later stages of the pathogen incubation period (≥14 days) in the source plants and the test plants showed disease symptoms faster. These results suggest that MBSP modulates D. maidis preference for asymptomatic infected plants in the early stages of the crop, allowing rapid spread of this pathogen. Maize infection by the phytoplasma had a neutral effect on most life table parameters of D. maidis; a lower net reproductivity rate (Ro) was observed in the cohort reared on MBSP-infected plants with advanced symptoms, which was compensated to some extent by a higher sexual ratio. MBSP acquisition by all vector nymphal stadia was confirmed by PCR, and the pathogen as detected in both male and female reproductive organs. Concerning direct MBSP-vector interactions, transmission electron microscopy analyses showed phytoplasma-like cells in the midgut lumen, microvilli and epithelial cells, suggesting that MBSP enters the epithelium midgut through the microvilli wall. Within the epithelial cells, mitochondria and bacteria-like cells (possibly endosymbionts) were observed together with masses of phythoplasma-like cells. In the hemocoel, phytoplasma-like cells grouped into a matrix were also observed in association with bacteria-like cells similar to those observed in the midgut epithelium. Similar associations were found in the salivary gland. Interestingly, in-situ hybridization (FISH) technique revealed a variation in diversity and abundance of the microbiota in intestine and salivary glands of D. maidis adults over time after MBSP acquisition from plants. Sulcia sp., Cardinium sp. and eubacteria increased their abundance over time, whereas Rickettsia sp. decreased. The frequent association of the vector microbiota with the phytoplasma in some tissues of D. maidis suggests that endosymbiotic bacteria may play some role in MBSP-vector interactions.

Tuta absoluta (Meyrick, 1917) (Lepidoptera: Gelechiidae): adequação de uma dieta artificial e avaliação do seu controle biológico com Trichogramma pretiosum Riley em tomateiro

Tuta absoluta (Meyrick, 1917) é uma das pragas-chave da cultura do tomate e outras solanáceas na América do Sul e atualmente também na Eurásia e África. Devido aos grandes prejuízos que causa à cultura, são principalmente usados inseticidas para o seu controle. Entretanto, na busca de estratégias mais sustentáveis, cada dia adquire maior importância o uso do controle biológico, como uma das estratégias do manejo integrado de pragas. Para o desenvolvimento destas estratégias é fundamental desenvolver um método de criação de T. absoluta em laboratório, em dieta artificial, sem necessitar do hospedeiro natural, muitas vezes difícil de ser obtido e mantido em laboratório, e, de grande importância para produzir parasitoides específicos para esta praga. Dentre os parasitoides mais usados para ovos de lepidópteros está Trichogramma pretiosum Riley 1879 que é usado no controle biológico aplicado desta praga. Tendo como foco principal T. absoluta, neste trabalho foram pesquisados 1) a seleção de uma dieta artificial para este lepidóptero baseando-se em características físicas e químicas, avaliando o seu desempenho por várias gerações em laboratório, e 2) avaliação de aspectos biológicos e reprodutivos de T. pretiosum parasitando ovos de T. absoluta e aspectos físicos da planta (tricomas) para compreender o controle biológico desta praga no tomateiro. Foi encontrado que uma dieta à base de germe-de-trigo, caseína e celulose é apropriada para a criação deste lepidóptero, já que o inseto mostrou adaptação à mesma no transcorrer das gerações com base em características biológicas e de tabela de vida; adicionalmente, os ovos provenientes de T. absoluta alimentada com dieta artificial são comparáveis aos da dieta natural, no parasitismo de T. pretiosum. Com relação ao controle biológico foi demonstrado que este parasitoide desenvolvido em ovos de T. absoluta, diminui seu tamanho e desempenho com o transcorrer das gerações, apresentando menor capacidade de voo do que os insetos produzidos em A. kuenhiella, sendo necessária a liberação de altas densidades de parasitoides por ovo da praga. Foi observado que, embora o parasitismo de T. pretiosum de ovos de T. absoluta seja melhor em variedades com poucos tricomas, uma alta densidade destas estruturas não impede o controle da praga alvo dependendo da disposição destas estruturas. O controle biológico de T. absoluta com T. pretiosum tem uma ação momentânea, sendo necessárias liberações frequentes devido ao fato de os parasitoides desenvolvidos na praga serem menos competitivos com aqueles provenientes do hospedeiro alternativo que apresenta ovos maiores do que T. absoluta.

Estudo da cinética de crescimento de células de inseto Sf21 e infecção por baculovírus Anticarsia gemmatalis (AgMNPV) para a produção de bioinseticida.

O interesse em estudar o cultivo das células de inseto está relacionado entre outros usos a sua utilização na produção de biopesticidas. Há muitos anos os pesticidas químicos vêm contribuindo no controle de pragas na agricultura. Entretanto, o uso desses compostos prolongadamente tem resultado na seleção de insetos resistentes e em poluição ambiental. Diante disso, torna-se necessário o desenvolvimento e aprimoramento dos bioinseticidas. No Brasil, o baculovírus Anticarsia gemmatalis multiple nucleopolyhedrovirus (AgMNPV) foi o principal agente de controle biológico da praga da soja Anticarsia gemmatalis. Assim, estudos que viabilizem a produção desses vírus in vitro possibilitariam uma produção mais controlada e de melhor qualidade desses biopesticidas. Neste trabalho, investigou-se a suscetibilidade à infecção por AgMNPV de diferentes linhagens celulares de Sf21 e o crescimento dessas células em diferentes sistemas: cultivos em schotts, em spinner e em biorreator, variando-se a idade do inóculo (IA) e a concentração celular inicial (X0). Constatou-se variação no perfil de infecção das linhagens, sendo as linhagens mais adequadas para a produção de bioinseticida as linhagens de Sf21 denominadas EMBRAPA, UFRN e GibcoG, uma vez que estas apresentaram mais do que 40 % das células com poliedros em cultivos em suspensão, enquanto a linhagem denominada GibcoSF teve menos de 2 % das células infectadas com poliedros. Ao se estudar o efeito do número de subcultivos na morfologia e crescimento celular, foi averiguado um aumento no diâmetro de 10 % e no volume de 26 % das células UFRN em relação às células GibcoSF. Além disso, o crescimento das células UFRN foi 49% menor do que das células GibcoSF. Quando realizado o Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR) para se analisar o efeito da IA e a X0 na taxa de crescimento específica máxima (?max) e na concentração celular máxima (Xvmax) em cultivos em schott com células UFRN, obteve-se um modelo empírico. Quando analisadas as variáveis IA e X0 separadamente, não foram encontradas diferenças significativas para as respostas Xvmax e ?max em relação a X0. Para a IA, entretanto, obteve-se os resultados mais satisfatórios para os inóculos com IA de 72 e 96 horas: Xvmax de 5,97.106 cel/mL e 5,99.106 cel/mL, e ?max de 0,70 dia-1 e 0,63 dia-1, respectivamente. Nos cultivos em spinner com células UFRN, foi observada a formação de grumos, o que levou a Xvmax de 2,00.106 cel/mL. No cultivo em biorreator com células UFRN, foi obtido um Xvmax de 6,21.106 cel/mL, ?max de 0,70 dia-1, Qo2 na fase exponencial de 67,3 ± 3,6 .10-18 molO2/cel/s, rendimento de glicose em célula igual a 1,0.109 cel/g de glicose e um rendimento de glutamina em células de 3,0.109 cel/mL. Comprovou-se, portanto, a existência de alterações na infecção entre diferentes linhagens de Sf21; a importância do estado fisiológico da célula nos subcultivos, a ocorrência de mudanças no crescimento celular de acordo com os sistemas de cultivo e o efeito do número de subcultivos na morfologia e crescimento de células Sf21.