Karen Warkentin, usando botas altas de borracha verde-oliva, está de pé na margem de um concreto delineada lagoa na borda da floresta tropical do Panamá. Ela puxa uma larga folha verde ainda presa a um galho e mostra uma ninhada brilhante de ovos gelatinosos. “Esses caras podem eclodir”, diz ela.

As pererecas de olhos vermelhos, Agalychnis callidryas, colocam seus ovos na folhagem do borda dos tanques; quando os girinos eclodem, eles caem na água. Normalmente, um ovo eclode seis a sete dias após a postura. Os que Warkentin está apontando, a julgar pelo tamanho e forma, têm cerca de cinco dias, Ela diz. Corpos minúsculos aparecem através da membrana transparente preenchida com gel. Sob um microscópio, os corações vermelhos seriam apenas visíveis.

Ela se abaixa para molhar a mão na água do lago. realmente querem chocar ”, diz ela,“ mas podem ”. Ela puxa a folha sobre a água e passa suavemente o dedo sobre os ovos.

Sproing! Um minúsculo girino irrompe. Ele pousa no meio da folha, se contorce e cai na água. Outro e outro de seus irmãos seguem. “Não é algo que eu me canso de assistir”, diz Warkentin.

Com apenas um movimento de seu dedo, Warkentin demonstrou um fenômeno que está transformando a biologia. Depois de décadas pensando nos genes como um “projeto” – os filamentos de DNA codificados ditam às nossas células exatamente o que fazer e quando fazer – os biólogos estão chegando a um acordo com uma realidade confusa. A vida, mesmo uma entidade tão aparentemente simples como um ovo de rã, é flexível. Tem opções. Aos cinco dias ou mais, ovos de rã-de-árvore-de-olhos-vermelhos, desenvolvendo-se na hora certa, podem repentinamente tomar um caminho diferente se detectarem vibrações de uma cobra atacante: eles eclodem cedo e tentam a sorte na lagoa abaixo.

A capacidade de resposta surpreendente do ovo resume um conceito revolucionário em biologia chamado plasticidade fenotípica, que é a flexibilidade que um organismo mostra ao traduzir seus genes em ações e características físicas. O fenótipo é basicamente tudo sobre um organismo diferente de seus genes (que os cientistas chamam de genótipo). O conceito de plasticidade fenotípica serve como um antídoto para o pensamento simplista de causa e efeito sobre os genes; ele tenta explicar como um gene ou conjunto de genes pode resultar aumentar para resultados múltiplos, dependendo em parte do que o organismo encontra em seu ambiente. O estudo da evolução centrou-se tanto nos próprios genes que, diz Warkentin, os cientistas presumiram que “os indivíduos são diferentes porque são geneticamente diferentes. Mas muitas das variações que existem vêm dos efeitos ambientais”.

Quando uma planta de casa deixa as folhas mais pálidas ao sol e uma pulga d’água cria espinhos para se proteger contra peixes famintos, eles apresentam plasticidade fenotípica. Dependendo do ambiente – se há cobras, furacões ou escassez de alimentos – os organismos podem revelam diferentes fenótipos. Natureza ou criação? Bem, ambos.

A constatação tem grandes implicações em como os cientistas pensam sobre a evolução. A plasticidade fenotípica oferece uma solução para o quebra-cabeça crucial de como os organismos se adaptam intencionalmente aos desafios ambientais ou não. E não há exemplo mais surpreendente de flexibilidade inata do que esses ovos de rã – massas cegas de gosma geneticamente programadas para se desenvolver e eclodir como um relógio. Ou assim parecia.

Olhos vermelhos d Filhotes de sapos já se esquivavam de cobras famintas muito antes de Warkentin começar a estudar o fenômeno, 20 anos atrás. “As pessoas não pensavam que os ovos tivessem a possibilidade de mostrar esse tipo de plasticidade”, diz Mike Ryan, seu orientador de PhD na Universidade do Texas em Austin. “Estava muito claro, enquanto ela estava fazendo sua tese de doutorado, que isso era um campo muito, muito rico que ela tinha inventado por conta própria. ”

Karen Martin, bióloga da Pepperdine University, também estuda a plasticidade da incubação. “A eclosão em resposta a algum tipo de ameaça foi um insight muito importante”, diz Martin. “Acho que ela foi a primeira a ter um exemplo realmente bom disso”. Ela elogia o esforço contínuo de Warkentin para aprender grandes lições de biologia com ovos de rã: “Acho que muitas pessoas podem ter olhado para este sistema e dito: ‘Aqui está um tipo de coisa peculiar da qual eu poderia tirar alguns papéis, e agora vou seguir em frente e olhar para algum outro animal. ‘Ela se dedicou a entender esse sistema. ”

A pesquisa de Warkentin” nos faz pensar com mais cuidado sobre como os organismos respondem aos desafios mesmo nos primeiros anos de vida “, diz Eldredge Bermingham, biólogo evolucionista e diretor do Smithsonian Tropical Research Institute (STRI, pronuncia-se “str-eye”) em Gamboa, Panamá. Warkentin, professora de biologia da Universidade de Boston, conduz seus estudos de campo no STRI. É onde ela mostrou como ela persuade os ovos a chocar.

Os girinos que saltam da folha molhada ainda têm um pouco de gema na barriga; eles provavelmente não precisarão comer por mais um dia e meio. Warkentin continua esfregando até que apenas alguns restem, escondendo-se teimosamente dentro de seus ovos. “Vá em frente”, diz ela. “Não quero deixá-los aqui sozinhos.”

O último dos girinos pousou na água. Insetos predadores conhecidos como backswimmers esperam na superfície, mas Warkentin diz que salvou os girinos de um destino pior. A mãe deles errou o alvo, colocando-os em uma folha que não alcançava o lago. “Se estivessem incubando no solo”, diz ela, “então seriam apenas comida de formiga.”

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Warkentin nasceu em Ontário e sua família mudou-se para o Quênia quando ela tinha 6 anos. Seu pai trabalhava para a Agência Canadense de Desenvolvimento Internacional para treinar professores no país recém-independente. Foi quando ela se interessou por biologia tropical, brincando com camaleões e observando girafas, zebras e gazelas no caminho para a escola em Nairóbi. Sua família retornou ao Canadá vários anos depois, mas aos 20 ela foi pegar carona e mochilar pela África. “Isso era algo que parecia perfeitamente razoável na minha família”, diz ela.

Antes de começar seu doutorado, ela foi para a Costa Rica aprender mais sobre os trópicos e procurar um tópico de pesquisa. ovos terrestres de perereca eyed atraíram seu interesse. Ela visitou o mesmo lago repetidamente e observou.

“Eu tive a experiência, que tenho certeza que outros herpetologistas tropicais tiveram antes e talvez não tenham Pense nisso – se você tiver uma embreagem de estágio avançado, se você topar com eles, eles vão chocar em você ”, diz Warkentin. “Eu bati em uma embreagem e todos eles estavam pulando.”

Ela também tinha visto cobras no lago. “O que eu pensei foi, uau, eu me pergunto o que aconteceria se uma cobra batesse neles , ”Ela diz, e ri. “Tipo, com a boca?” Na verdade, ela descobriu que se uma cobra aparece e começa a atacar a ninhada, os ovos eclodem cedo. Os embriões dentro dos ovos podem até mesmo dizer a diferença entre uma cobra e outras vibrações na folha. “Essa é a coisa, sair para dentro o campo e observando os animais ”, diz ela. “Eles vão te dizer coisas que você não esperava às vezes.”

Os biólogos costumavam pensar que esse tipo de flexibilidade atrapalhava o estudo da evolução, diz Anurag Agrawal, ecologista evolucionista da Universidade Cornell. É empolgante que Warkentin tenha documentado coisas novas e maravilhosas sobre um sapo carismático, mas Agrawal diz que há muito mais nisso. “Acho que ela recebe o crédito por ir além do ‘gee whiz’ e fazer algumas das questões conceituais em ecologia e evolução. ”

Quais são as vantagens de uma tática de sobrevivência sobre outra? Até mesmo um sapo de 5 dias de idade tem que equilibrar o benefício de evitar uma cobra faminta com o custo de eclodir cedo. E, de fato, Warkentin e seus colegas documentaram que girinos de incubação precoce tinham menos probabilidade do que seus irmãos de incubação tardia de sobreviver até a idade adulta, particularmente na presença de ninfas libélulas famintas.

A plasticidade não permite apenas as rãs enfrentam os desafios do momento; pode até mesmo ganhar tempo para que a evolução aconteça. Warkentin descobriu que os girinos também eclodem cedo se estiverem sob risco de secar. Se a floresta tropical ficar gradualmente mais seca, essa eclosão precoce pode se tornar padrão após inúmeras gerações, e a rã pode perder sua plasticidade e evoluir para uma nova espécie de incubação rápida.

Um dos pilares do pensamento evolucionário é que mutações genéticas aleatórias no DNA de um organismo são a chave para se adaptar a um desafio: por acaso, a sequência de um gene muda, uma nova característica surge, o organismo passa seu DNA alterado para a próxima geração e eventualmente dá origem a um espécies. Conseqüentemente, há dezenas de milhões de anos, alguns mamíferos terrestres adquiriram mutações que os permitiram se adaptar à vida no oceano – e seus descendentes são as baleias que conhecemos e amamos. Mas a plasticidade oferece outra possibilidade: o próprio gene não precisa sofrer mutação para que uma nova característica apareça. Em vez disso, algo no ambiente poderia empurrar o organismo para fazer uma mudança, baseando-se na variação que já está em seus genes.

Para ter certeza, a teoria de que a plasticidade poderia realmente dar origem a novos traços é controversa . Seu principal proponente é Mary Jane West-Eberhard, uma bióloga teórica pioneira na Costa Rica afiliada ao STRI e autora do influente livro de 2003 Developmental Plasticity and Evolution. “O século 20 foi chamado de século do gene”, diz West-Eberhard. “O século 21 promete ser o século do meio ambiente.” Ela diz que o pensamento centrado na mutação é “uma teoria evolucionária em negação”. Darwin, que nem sabia que os genes existiam, acertou, ela diz: Ele deixou em aberto a possibilidade de que novas características pudessem surgir por causa da influência ambiental.

West-Eberhard diz que o grupo de Warkentin “demonstrou uma capacidade surpreendente de embriões minúsculos para tomar decisões adaptativas com base na sensibilidade requintada a seus ambientes”. Esse tipo de variação, diz West-Eberhard, “pode levar à diversificação evolutiva entre as populações”.

Embora nem todos concordem com a teoria de West-Eberhard de como a plasticidade poderia trazer novidades, muitos cientistas agora pensam que A plasticidade fenotípica surgirá quando os organismos viverem em ambientes que variam. A plasticidade pode dar às plantas e animais tempo para se ajustar quando são despejados em um ambiente completamente novo, como quando as sementes são jogadas em uma ilha. Uma semente que não é tão exigente quanto a seus requisitos de temperatura e luz pode ter um desempenho melhor em um novo lugar – e pode não ter que esperar por uma mutação adaptativa.

Além disso, muitos cientistas pensam que a plasticidade pode ajudar os organismos a experimentar novos fenótipos sem estar totalmente comprometidos com eles. Incubação precoce, por exemplo. Diferentes espécies de rãs variam muito em seu grau de desenvolvimento quando eclodem. Alguns têm uma cauda atarracada e mal conseguem nadar; outros são animais totalmente formados, com quatro membros. “Como você consegue esse tipo de variação evoluída?” Warkentin pergunta. “A plasticidade no tempo de incubação desempenha um papel nisso? Não sabemos, mas é bem possível. ”

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A cidade de Gamboa foi construída entre 1934 e 1943 pelos Panama Canal Company, uma empresa do governo dos EUA que controlou o canal até 1979, quando foi entregue ao Panamá. Gamboa, à beira de uma floresta tropical, é parte cidade fantasma, parte comunidade-dormitório da Cidade do Panamá e parte acampamento de verão científico. Muitos residentes são cientistas e funcionários do STRI.

Quando eu visitei, a equipe de Warkentin tinha até uma dúzia de pessoas, incluindo vários alunos de graduação que ela chama de “as crianças”. Certa manhã, um grupo de jovens de aparência vigorosa com botas de borracha até os joelhos, mochilas e chapéus sai do laboratório de Warkentin e atravessa o campo atrás da escola, passando pelas quadras de tênis.

James Vonesh, professor da A Virginia Commonwealth University, que fez uma bolsa de pós-doutorado com Warkentin e ainda colabora com ela, aponta sua placa favorita na cidade, um remanescente da era da Zona do Canal: “No Necking”. Está pintado na frente das arquibancadas da antiga piscina, agora parte do clube esportivo dos bombeiros locais. Em seguida, ele explica a uma das crianças o que significa “carícias”.

Eles caminham por uma estrada até um viveiro de plantas nativas, atravessam uma vala em uma passarela e chegam ao Lago Experimental. Foi construído de concreto de acordo com as especificações fornecidas por Warkentin e Stan Rand, um renomado pesquisador de sapos da STRI, que morreu em 2005.

Do outro lado da lagoa fica a área de pesquisa do grupo, delimitada por uma vala em um lado e um riacho, depois a floresta tropical, por outro. Há um galpão com telhado de metal e laterais abertas, cercado por dezenas de tanques de gado de 100 galões usados em experimentos. Eles parecem baldes preparados para coletar uma série de vazamentos extremamente grandes. Vonesh fala sobre o encanamento sistema com mais entusiasmo do que parece possível. “Podemos encher um tanque de gado em três ou quatro minutos!” ele exclama.

Todo esse enchimento rápido significa que os pesquisadores podem fazer experimentos rápidos com os quais outros ecologistas aquáticos só podem sonhar. Hoje eles estão desmontando um experimento de predação. Quatro dias atrás, 47 girinos foram colocados em cada um dos 25 tanques junto com um belostomatídeo, uma espécie de percevejo que se alimenta de girinos. Hoje, eles vão contar os girinos para descobrir quantos os belostomatídeos comeram.

Uma borboleta morfo azul gigante passa voando, suas asas iridescentes um choque chocante de azul elétrico contra a floresta verde exuberante. “Eles vêm, tipo, no mesmo lugar, na mesma hora do dia”, diz Warkentin.

“Juro que vejo esse aqui todas as manhãs”, diz Vonesh.

” É o morfo 9:15 ”, diz Warkentin.

Warkentin explica o experimento que está terminando hoje.“ Sabemos que predadores matam presas, obviamente, e também assustam presas ”, diz ela. Quando os girinos recém-nascidos caem em um lago, os insetos aquáticos são uma das ameaças que eles enfrentam. A plasticidade dos girinos pode ajudá-los a evitar serem comidos, se eles puderem detectar os insetos e de alguma forma responder.

Ecologistas desenvolveram equações matemáticas que descrevem quanta presa um predador deve ser capaz de comer, e gráficos elegantes mostram como as populações aumentam e diminuem à medida que um come o outro. Mas o que realmente acontece na natureza? O tamanho importa? Quantos girinos com 1 dia de idade um inseto aquático adulto come? Quantos girinos mais velhos e mais gordos? “Obviamente, achamos que coisas pequenas são mais fáceis de pegar, comer e colocar na boca”, diz Vonesh. “Mas realmente não incorporamos isso nem mesmo a esses modelos básicos.”

Para descobrir para saber quantos girinos foram comidos, os alunos de graduação, pós-graduação, professores e um pós-doutorado precisam retirar até o último girino de cada tanque para serem contados.Vonesh pega um copo de plástico transparente do chão a seus pés. Dentro, há um inseto aquático que se alimentava de girinos. “Ele é um cara grande”, diz ele. Ele alcança um tanque com a rede, puxando um ou dois girinos de cada vez e os colocando em uma banheira rasa de plástico.

“Você está pronto?” pergunta Randall Jimenez, um estudante de graduação da Universidade Nacional da Costa Rica.

“Estou pronto”, diz Vonesh. Vonesh vira o tanque enquanto Jimenez segura uma rede sob a água que jorra. Os caras olham para a rede para qualquer girino que Vonesh perdeu. “Está vendo alguém?” Vonesh pergunta. “Não”, diz Jimenez. Leva quase 30 segundos para a água fluir. A maioria dos pesquisadores usa botas altas de borracha para se proteger contra cobras, mas são úteis porque o solo rapidamente se transforma em lama.

Um bando de grackles vagueia indiferente pela grama. “Eles gostam de comer girinos”, diz Vonesh. “Eles gostam de sair e fingir que estão procurando minhocas, mas assim que você vira as costas, eles estão na sua banheira.”

Vonesh leva sua banheira de girinos para o galpão onde Warkentin fotografa-o. Um aluno contará os girinos em cada imagem. Insetos e pássaros cantam nas árvores. Algo cai – plink – no telhado de metal. Um trem de carga apita nos trilhos que passam ao longo do canal; um grupo de macacos bugios late uma resposta estridente das árvores.

Para cientistas como Warkentin, Gamboa oferece um pouco de floresta tropical a cerca de uma hora de carro de um aeroporto internacional. “Oh, meu Deus. É tão fácil ”, diz ela. “Há o perigo de não perceber como isso é incrível. É um lugar incrível para trabalhar.”

Durante o dia, os icônicos sapos de olhos vermelhos não estão pulando. Se você sabe o que está fazendo procurando, você pode encontrar o macho adulto ocasional agarrado a uma folha como uma caixa de remédios verde-claro – pernas dobradas, cotovelos dobrados ao lado do corpo para minimizar a perda de água. Uma membrana com o padrão de uma tela de janela de madeira entalhada de uma mesquita cobre cada olho.

A verdadeira ação é à noite, então uma noite Warkentin, Vonesh e alguns convidados visitam o lago para procurar sapos. Os pássaros, insetos e macacos estão quietos, mas o chilrear dos anfíbios preenche o ar. O grito de um sapo é um claro e alto “toc-toc!” Outro soa exatamente como uma arma de raios em um videogame. A floresta parece mais selvagem à noite.

Perto de um galpão, uma rã-arbórea de olhos vermelhos se agarra ao caule de uma folha larga. Minúsculos pés laranja abertos, ele mostra sua barriga branca e grandes olhos vermelhos à luz de múltiplos faróis. “Eles têm essas posturas fotogênicas”, diz Warkentin. “E eles apenas sentam lá e deixam você tirar uma foto. Eles não fogem. Algumas rãs são, tipo, tão nervosas. ” Talvez seja por isso que a perereca de olhos vermelhos ficou famosa, com sua foto em tantos calendários, eu sugiro – eles são mais fáceis de fotografar do que outras rãs. Ela me corrige: “Eles são mais fofos.”

Os cientistas acham que todos os ancestrais das rãs modernas botaram seus ovos na água. Talvez a própria perereca de olhos vermelhos pudesse ter desenvolvido seus hábitos de postura de folhas como um resultado da plasticidade fenotípica. Talvez um ancestral se preocupou em colocar seus ovos fora da água, apenas em dias realmente úmidos, para fugir de predadores aquáticos – uma forma plástica de lidar com um ambiente perigoso – e essa característica foi passada para seus descendentes , que acabou perdendo a capacidade de botar ovos na água.

Ninguém sabe se foi assim que aconteceu. “Isso foi há muito tempo e não é mais adequado a esses tipos de experimentos”, diz Warkentin .

Mas experimentos intrigantes em outro tipo de sapo – um que pode ainda estar navegando na transição entre a água e a terra – estão em andamento. Justin Touchon, um ex-aluno de doutorado de Warkentin, estuda como a perereca ampulheta, Dendropsophus ebraccatus, põe seus ovos, que são menos embalados com geléia e mais propensos a secar do que a perereca de olhos vermelhos. Uma perereca ampulheta fêmea parece escolher onde colocar os ovos com base na umidade. Em lagoas sombreadas por árvores, Touchon descobriu, eles botam ovos nas folhas acima da água, mas em lagoas mais quentes e mais expostas, os ovos vão para a água.

Em um estudo publicado no mês passado, ele descobriram que os ovos tinham mais probabilidade de sobreviver na terra se houvesse muita chuva e mais probabilidade de sobreviver na água se as chuvas fossem escassas. Ele também olhou os registros de chuva para Gamboa nos últimos 39 anos e descobriu que, embora a precipitação geral não tenha mudado, o padrão mudou: as tempestades são maiores, mas mais esporádicas. Essa mudança no ambiente pode estar levando a uma mudança na forma como as pererecas ampulheta se reproduzem. “Isso dá uma janela sobre o que fez com que o movimento se reproduzisse em terra”, diz Touchon – um clima que mudou para ter muita chuva constante poderia ter tornado mais seguro para as rãs botarem ovos na água.

O grupo de Warkentin está baseado no andar térreo da Gamboa Elementary School, que fechou na década de 1980. Certa manhã, Warkentin está sentado em uma velha cadeira giratória com braços empoeirados em uma mesa de escritório aposentada, fazendo o que parece ser uma escola primária projeto de artesanato.

No chão, à sua esquerda, está um balde branco com fileiras de retângulos verdes colados com fita adesiva para dentro. Ela se abaixa e puxa um. É um pedaço de folha, cortado com uma tesoura de uma das plantas de folhas largas do tanque experimental, e sobre ele está um ninho de ovos de perereca de olhos vermelhos gelatinosos. Ela arranca uma tira de fita e cola o pedaço de folha em um retângulo de plástico azul, cortado de uma bandeja de piquenique de plástico.

“Você pode fazer uma quantidade incrível de ciência com louças descartáveis, fita adesiva e galvanizado arame ”, diz ela.

Ela coloca o cartão em um copo de plástico transparente com um pouco de água no fundo, onde os girinos vão cair quando eclodem, e passa para o próximo pedaço de folha. Os girinos farão parte de novos experimentos de predação.

Há um grande valor explicativo em modelos simples – mas ela quer entender como a natureza realmente opera. “Estamos tentando lidar com o que é real”, diz ela. “E a realidade é mais complicada.”