CAUSES AND CORRELATIONS OF PHYSIOLOGICAL VARIATION: ROLE OF ENVIRONMENTAL AND BEHAVIORAL GRADIENTS AT DIFFERENT LEVELS OF ORGANIZATION CAUSAS E CORRELAÇÕES DA VARIAÇÃO FISIOLÓGICA: PAPEL DOS GRADIENTES AMBIENTAIS E COMPORTAMENTAIS EM DIFERENTES NÍVEIS DE ORGANIZAÇÃO

PROJETO DE PESQUISA 2003 – 2007

NÚMERO FAPESP: 03/01577- 8

COORDENADOR:

CARLOS ARTURO NAVAS IANNINI

PESQUISADORES PRINCIPAIS:

CARLOS JARED

JOSÉ EDUARDO PEREIRA WILKEN BICUDO

JOSÉ GUILHERME CHAUI BERLINCK

Departamento de Fisiologia Instituto de Biociências Universidade de São Paulo Rua do Matão - Travessa 14 No 321

Cidade Universitária – CEP 05508-900 São Paulo, SP- Brasil e-mail: navas@usp.br

jebicudo@usp.br jgcb@usp.br

RESUMO D0 PROJETO CAUSAS E CORRELAÇÕES DA VARIAÇÃO FISIOLÓGICA: PAPEL DOS GRADIENTES AMBIENTAIS E COMPORTAMENTAIS EM DIFERENTES NÍVEIS DE ORGANIZAÇÃO

A fisiologia evolutiva é uma disciplina que integra e fisiologia comparativa com elementos de

ecologia, evolução, sistemática e comportamento animal, com o fim de entender como ocorre a

evolução dos carateres fisiológicos. Pelo seu carater integrativo, a fisiologia evolutiva ocupa um

espaço dominante na discussão sobre adaptação animal e tem sido muito influente nos rumos da

fisiologia comparativa contemporânea. Contudo, pelo fato de ser uma disciplina jovem, tanto no

conceitual quanto no metodológico, a disciplina exibe ainda questões fundamentais que devem ser

estudadas para garantir o progresso da mesma. Um dos assuntos menos entendidos é a natureza da

variação fisiológica, pois o a fisiologia comparativa tem priorizado a pesquisa sobre medidas de

tendência central das variáveis fisiológicas, ao passo que tem ignorado a discussão sobre a variância.

Nos estudos fisiológicos, por exemplo, a variação individual, elemento fundamental na visão

neodarwininsta da evolução por seleção natural, ainda é agrupada freqüentemente junto às fontes de

variação não explicada. Entretanto, para entender como a fisiologia evolui, é necessário entender o

escopo, origem e implicações da variação fisiológica, a relação entre esta variação e a ecologia dos

animais, e o papel de diversas fontes de variação fisiológica nos diferentes níveis de organização nos

que esta pode ser detetada. Esta proposta enfoca a variação da fisiologia de tetrápodos em

diferentes níveis de organização, visando entender as suas relações com a ecologia, evolução e

distribuição dos animais. A proposta gira em trono de cinco perguntas abrangentes e conceitualmente

interligadas, a serem estudadas no marco de gradientes ecológico-comportamentais. O estudo da

variação da fisiologia ao longo de gradientes ecológicos visa limitar projeto a problemas

caraterizados por uma sólida interação entre ecologia, evolução e fisiologia, o que deverá facilitar a

contextualização e interpretação dos resultados. Especificamente, as perguntas salientadas são: 1.

Qual a contribuição dos ajustes fisiológicos e comportamentais para a expansão distribucional de

vertebrados ectotérmicos?; 2. Quais os mecanismos de adaptação fisiológica simultânea a intra-

específica e mais de uma variável ecológico-comportamental?; 3. Existe aditividade da variância

fisiológica nos ajustes simultâneos a covariáveis ambientais?; 4. Quais as correlações ecológicas da

variância fisiológica em diferentes níveis de organização?; 5. Qual o escopo da plasticidade fenotípica

e do potencial para diferenciação morfo-fisiológica intra-genérica em vertebrados ectotérmicos?

Associados a cada uma destas cinco perguntas, são apresentados propostas de sub-projetos que

focalizam em contextos específicos as perguntas em questão. Os modelos selecionados são

principalmente tetrápodos ectotérmicos (anfíbios e lagartos), mas alguns projetos específicos utilizam

outros modelos animais. A seleção dos sub-projetos e modelos foi norteada principalmente pela sua

adequação para esclarecer as cinco perguntas propostas, mas também por outros fatores como

experiência previa dos participantes e infra-estrutura disponível. A proposta envolve atividades no

campo, pesquisa no laboratório e trabalhos teóricos, e utilizará, quando pertinente, enfoques

comparativos formais na análise dos dados.

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SUMMARY OF THEMATIC PROJECT CAUSES AND CORRELATIONS OF PHYSIOLOGICAL VARIATION: ROLE OF ENVIRONMENTAL

AND BEHAVIORAL GRADIENTS AT DIFFERENT LEVELS OF ORGANIZATION

Evolutionary physiology integrates comparative physiology, ecology, evolution and systematics,

aiming to understand how the evolution of physiological characters occur. Given its integrative nature,

evolutionary physiology has a leading role in the discussion about the nature of animal adaptation, and

has influenced significantly recent research tendencies in comparative physiology. However, given

that evolutionary physiology is both conceptually and methodologically young, many relevant

questions remain to be answered. The nature of variation of physiological traits figures among the

least understood essential issues, for comparative physiology has traditionally stressed central

tendency while neglecting the discussion about variance. It is frequent, for example, that studies in

comparative physiology consider individual variation, a key issue in the neo-Darwinian concept of

evolution by natural selection, as part of the unexplained variance. However, to understand how

physiology evolves, it is fundamental to understand the scope, origin, and implications of physiological

variance, the relationship between this variance and animal ecology, and the role of different sources

of variation at different levels of organization. This proposal focuses on the nature of physiological

variance at different levels of organization, and its relationships with ecology, evolution and animal

distribution. The project focuses on five general questions that are conceptually related, and that will

be studied in the context of ecological and behavioral gradients. The emphasis on these gradients

serves to limit the study to problems in which a solid interaction between physiology, ecology and

evolution is evident. The main general questions to be addressed are: 1. What is the role of the

interaction between physiology and behavior to extend the geographical ranges of ectotherm

vertebrates?; 2. How does simultaneous physiological adaptation occur as an evolutionary response

to more than one eco-behavioral variables?; 3. Is physiological variance additive? 4. What are the

ecological correlates of physiological variance in ectotherm vertebrates at different levels of

organization?; 5. What is the scope of physiological plasticity and the factors responsible for morpho-

physiological differentiation within genera and species in ectotherm vertebrates? We propose specific

sub-projects that address, in specific contexts, the issues raised by each one of the main questions.

Most, but not all sub-projects use ectotherm tetrapods as research models. Model selection was

based mainly on adequacy to answer the question raised, but other factors such as previous

experience of the main team and infrastructure already available were considered also. The proposal

involves field and lab research, as well as theoretical considerations. When necessary, formal

comparative analyses will be applied.

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Apresentação da equipe (ORDEM ALFABÉTICA)

Coordenador Carlos Arturo Navas Iannini: Professor do Departamento de Fisiologia do Instituto de Biociências, IB-USP. Lidera o Laboratório de Ecofisiologia e Fisiologia Evolutiva e dirige projetos de pesquisa sobre o comportamento, ecofisiologia e evolução da fisiologia em anfíbios e lagartos. Recentemente têm focalizado às ligações conceptuais da fisiologia comparativa com outras disciplinas. Atuará como coordenador geral do projeto.

Pesquisadores principais no Brasil Carlos Jared é pesquisador do Laboratório de Biologia Celular do Instituto Butantan, com experiência em morfo-fisiologia, particularmente no tocante à pele de anfíbios e répteis. Contribuirá na elaboração de trabalhos morfo-fisiológicos, histológicos, fotográficos em todos os sub-projetos com participação prioritária nos sub-projetos que envolvem análise morfológico em diferentes níveis de organização. José Eduardo P. W. Bicudo é professor titular e pesquisador do Departamento de Fisiologia do Instituto de Biociências, IB-USP. A sua linha de pesquisa prioriza a fisiologia térmica e metabolismo energético de vertebrados. Lidera o laboratório de Metabolismo energético. Contribuirá na coordenação e elaboração dos sub-projetos relacionados com evolução do metabolismo energético, particularmente. José Guilherme Chaui-Berlinck é professor do Departamento de Fisiologia do Instituto de Biociências, IB-USP. Dirige o laboratório de Fisiologia Teórica, donde são utilizadas principalmente técnicas de modelagem matemática na resolução de problemas em fisiologia comparativa. É especialista em técnicas de respirometria. Contribuirá na parte analítica de todos os sub-projetos, com participação prioritária naqueles que envolvem modelagem, análise de variância e medição da taxa metabólica.

Pesquisadores principais no exterior Catherine Bevier tem destacável experiência em análises e estudos comportamentais com anuros, incluindo análises da vocalização, assim como interesses colaterais em conservação e diversidade neste grupo. Participará prioritariamente nos projetos que envolvem a integração conceitual entre ecologia, comportamento e fisiologia de anuros. Michael Anguilletta é professor na University of Indiana e tem trabalhado intensamente nas implicações da variação fisiológica em lagartos do gênero Sceloporus. Compartilha interesses em evolução da fisiologia, particularmente no tocante à variação entre populações. Será um importante interlocutor em todos os sub-projetos relacionados com evolução da fisiologia térmica e o desempenho locomotor. Rob James é professor Coventry University, School of Science and the Environment, experto em análises cinemáticas e biomecânicas do desempenho muscular em diferentes níveis de organização, desde as fibras às espécies. Participará de todos os sub-projetos envolvendo análises cinemáticas e biomecânicas. Robbie Wilson será pós-doutorando no Gatty Marine Lab (UK) a partir de Agosto do 2002.. Anteriormente trabalhava como pesquisador na Universidade de Antuérpia. Esta instituição outorgou-lhe uma bolsa de pesquisador visitante para trabalhar em São Paulo, junto ao coordenador desta proposta. Especialista em fisiologia evolutiva com ênfase em biomecânica muscular e fisiologia do esforço. Participará de todos os sub-projetos envolvendo análises biomecânicas, dando apoio especial nos projetos relacionados com evolução do desempenho comportamental. Theodore Garland é professor da University of California at Riverside que tem ocupado uma posição de vanguarda no estudo da evolução da fisiologia e no desenvolvimento de técnicas estatísticas para análises filogenéticas comparativas e evolução da fisiologia. Participará como assessor na análise e interpretação de dados em contexto filogenêtico, assim como na elaboração de sub-projetos relacionados com evolução da fisiologia da locomoção.

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Colaboradores (participação pontual, não pleiteiam Benefícios Complementares)

Célio Haddad: Pesquisador da UNESP, campus de Rio Claro, com muita experiência em história natural, comportamento e estrutura social de anuros Brasileiros, principalmente no estado de São Paulo. A sua colaboração será fundamental nos trabalhos com anfíbios anuros, particularmente no referente a identificação e informação sobre história natural. Guarino Coli: Pesquisador da UNFB (Brasília), experto em ecologia de lagartos. Particpará como assessor nos projetos na interface entre ecologia e fisiologia envolvendo lagartos do cerrado. Luiz Henrique Alves Monteiro: professor do Departamento de Telecomunicações e Controle da Escola Politécnica (USP), é um experto em sistemas dinâmicos. Sua participação no projeto se insere na proposta e análise dos modelos a serem desenvolvidos, particularmente aqueles ligados às variações temporais das grandezas. Marta Antoniazzi: Pesquisadora do Laboratório de Biologia Celular do Instituto Butantan. Colaborará nas análises envolvendo microscopia eletrônica, tanto na fase de preparação de material quanto de análise e quantificação de resultados. Maeli Dal Pai Silva: Pesquisadora do Departamento de Morfologia do Instituto de Biociências da UNESP (Botucatú), especializada em histologia e histoenzimologia do tecido muscular. Colaborará nas análises histológicas necessárias para a caraterização metabólica de fibras musculares.

Cooperação acadêmica prévia entre membros da equipe O coordenador, pesquisadores principais e pesquisadores no exterior vinculados a esta proposta

temática mantêm colaboração acadêmica e tem produção científica conjunta, a saber:

Angilletta Jr., M. J., P. E. Niewiarowski e C. A. Navas. 2002. The evolution of thermal physiology in ectotherms. Journal of Thermal Biology. 27:249-268.

Chaui-berlinck, J. G., J. L. Alves-Monteiro, C. A. Navas e J. E. P. W. Bicudo. 2002. Temperature effects on energy metabolism: a dynamical system analysis. Proceedings of the Royal Academy of Sciences - Biol. 269: 15-19.

Chaui-Berlinck, J.G., J.E.P.W. Bicudo, L.E. Monteiro, C. A. Navas. 2002. Oscillatory pattern in oxygen consumption of hummingbirds. Journal of Thermal Biology. No prelo.

Gomes, F. R., C. Bevier & C. A. Navas. 2002. Environmental and physiological factors influence antipredator behavior in Scinax hiemalis (Anura: Hylidae). Copeia. No prelo.

Jared, C., C. A. Navas e R. C. Toledo. 1999. An appreciation of the physiology and morphology of the caecilians (Amphibia: Gymnophiona). Comparative Biochemistry and Physiology 123A: 313-338.

Kohlsdorf, T., M. T. Rodrigues. & C. A. Navas. 2002. Tropidurus divaricatus: Death feigning? Herpetological Review. No prelo.

Kohlsdorf, T., T. Garland Jr. e C. A. Navas. 2001. Limb and tail lengths in relation to substrate usage in Tropidurus Lizards. J. of Morphology 248:151-164.

Navas, C. A, Jared, C and Antoniazzi, M. 2002. Water economy in Corythomantis greeningi: role of skin and skull coossification. Journal of Zoology. No prelo.

Navas, C. A. e C. Bevier. 2001. Thermal dependency of calling performance in the eurythermic frog, Colostethus subpunctatus. Herpetologica, 57:384-395.

Navas, C. A. e F. R. Gomes. 2001. Time in captivity as a confounding variable in herpetological research: an example from the metabolic physiology of frogs. Herpetological Review 32:228-230.

Navas, C. A., R. S. James, J. M. Wakeling, K. M. Kemp e I. A. Johnston. 1999. An integrative study of the temperature dependence of whole animal and muscle performance during jumping and swimming in the frog Rana temporaria. Journal of Comparative Physiology B 169: 588-596.

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1.- CONTEXTO TEÓRICO DO PROJETO: CAUSAS E CORRELAÇÕES DA VARIAÇÃO FISIOLÓGICA Variação fisiológica e fisiologia evolutiva

A fisiologia evolutiva ocupa um espaço dominante na discussão sobre os rumos da fisiologia comparativa. Assim sendo, os enfoques necessários para responder perguntas evolutivas em fisiologia, os processos evolutivos das características fisiológicas e as vantagens dos estudos de interface entre a fisiologia evolutiva e a fisiologia comparativa têm sido objeto recente de numerosas e profundas revisões (Levchenko, 1990; Diamond, 1992; Diamond, 1993; Garland e Carter, 1994; Hochachka, 1997; Natochin e Chernigovskaya, 1997; Bennett e Lenski, 1999; Bradley e Zamer, 1999; Crawford et al., 1999; Feder, 2000; Feder et al., 2000; Svidersky, 2000). Um problema sinalizado como muito importante por estas revisões é aquele que focaliza a capacidade de diferentes taxa para responder à variação no ambiente mediante ajustes fisiológicos, sejam estes genotípicos ou fenotípicos. Uma vez que tais ajustes podem ocorrer em diferentes escalas de tempo e níveis de organização, tem sido salientada a importância de se estudar a variação fisiológica em diversos níveis de organização, expandindo, assim, o tradicional enfoque inter-específico (Garland e Carter, 1994; Hochachka, 1997; Bennett e Lenski, 1999; Feder et al., 2000). A fisiologia evolutiva integra fisiologia, ecologia e comportamento; tem implicações no estudo dos padrões de distribuição animal e biodiversidade; e, uma vez que, freqüentemente, utiliza hipóteses filogenéticas para a análise dos dados, interage com a sistemática. O pendor integrativo da fisiologia evolutiva é demonstrado não somente pelo recente aumento do número de publicações na área mas, também, pela recente presença de simpósios de interface em congressos de fisiologia (por exemplo os simpósios Physiological Ecology and the Fabric of Biodiversity, Chobe, Botswana, 2001, e Biodiversity and the Physiological Ecology of Animals, Varanasi, India, 2002).

Para entender como a fisiologia evolui, é importante focalizar a natureza da diversidade fisiológica, que pode ser derivada de diferenças genotípicas ou de respostas fenotípicas induzidas pelo ambiente (Hammond et al., 2001; Horowitz, 2001). A diferenciação entre variação genotípica e fenotípica é importante porque somente as características fisiológicas com fundamento genotípico e herdáveis podem ser alvo de seleção natural e constituir adaptações no senso evolutivo do termo. Várias características fisiológicas relacionadas com o desempenho comportamental, por exemplo, variam de indivíduo para indivíduo (Bonine e Garland, 1999; Navas et al., 1999; Zimmitti, 1999; Bee et al., 2001) e algumas poucas têm sido reportadas como herdáveis (Garland e Bennett, 1990; Dohm et al., 1996). Outros tipos de variação, em contraste, não podem ser associados diretamente à variação genotípica existente dentro de uma população. Por exemplo, uma porção da variação fisiológica entre animais é decorrente da variação em crescimento e massa corpórea (Hutchison et al., 1968; Johnson et al., 1993; Garland, 1994; Wilson e Franklin, 2000), existem ajustes devidos ao estado reprodutivo (Charland e Gregory, 1990; Daut e Andrews, 1993; Jenssen e Nunez, 1994), ontogenia (Weiser, 1984; Wygoda e Garman, 1993; Olson, 1994; Johnston et al., 1996), ciclos sazonais (Whiteley et al., 1997; Rocha e Branco, 1998; Wright et al., 1999), heterocronia (Mabee et al., 2000) e processos de aclimatação e aclimatização (Miller e Zoghby, 1984; Wood, 1991; Tiiska e Lagerspetz, 1994; Huey e Berrigan, 1996; Wilson et al., 2000), sendo os dois últimos pouco estudados do ponto de vista evolutivo (Huey e Berrigan, 1996). No momento, é difícil estabelecer até onde a plasticidade fisiológica, variável que determina o escopo das respostas fisiológicas intra-individuais, pode ser considerada como uma adaptação per se, ou seja, se a própria plasticidade é um caráter hereditário e associado a variação genética. Nesse mesmo contexto, é também difícil se precisar quais os fatores da história de vida dos animais que poderiam favorecer ou não a adaptação fisiológica baseada em labilidade genotípica ou em plasticidade fenotípica. Além disso, parte da variação fisiológica parece estar associada ao comportamento, mas as relações causais entre fisiologia e comportamento são extremamente complexas e pouco entendidas em animais sob condições naturais (Navas e Bevier, 2001).

O entendimento do valor adaptativo das características fisiológicas herdáveis constitui, também, um importante e difícil objetivo da fisiologia evolutiva (ver, por exemplo, McAlpine e Smith, 1995; Mongold et al., 1996; Steyermark e Spotila, 2000). A diferenciação genotípica não é, necessariamente, prova de adaptação, pois pode resultar de processos fortuitos como deriva e hibridização, ou outros tipos de evolução neutra associados ao isolamento reprodutivo inter-populacional (Futuyuma, 1997). Poucos pesquisadores têm focalizado a relação entre fisiologia e aptidão no campo (por exemplo, Walton, 1988; Jayne e Bennett, 1990; McAlpine e Smith, 1995). Isso, possivelmente, se deva aos inúmeros problemas metodológicos com a avaliação da aptidão, e, assim sendo, a evidência de uma relação entre fisiologia e aptidão é, por enquanto, fraca e indireta

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(Angilletta et al. 2001). Por exemplo, em lagartos e anuros tem sido proposta uma relação entre desempenho comportamental e aptidão. Contudo, tal relação não tem sido formalmente testada, mas é proposta assumindo que uma maior capacidade para a atitvidade física confere vantagens frente ao ataque de predadores, a competição por parceiros reprodutivos e a conservação de energia (Walton, 1988; Austin e Shaffer, 1992; Garland, 1993a).

Finalmente, é importante ressaltar que o enfoque tradicional da fisiologia mede e analisa, basicamente, a média e a variância pontual dos parâmetros de interesse (e.g., a taxa metabólica a uma dada temperatura ambiente), sejam esses fisiológicos ou ecológicos. Tal tendência tem prejudicado o entendimento da significância da própria variação da variância com conseqüentes problemas conceituais e analíticos. Os problemas conceituais surgem do fato da variância de um caráter fisiológico poder ter origem genética e ser, em outras palavras, um componente potencialmente adaptativo mas que tem sido sistematicamente ignorado. Do ponto de vista analítico, os gradientes ambientais podem criar pressões seletivas que promovam ou limitem o grau de variação fisiológica inter-individual. Logo, o mensurando de importância terminaria por ser a restrição na variação e não a alteração da média. Dessa perspectiva, pode, ainda, existir variação da variância que seja ecologicamente significativa quando diferentes graus de variabilidade intra-individual são selecionados ao longo de gradientes ambientais. Assim, em certos contextos ecofisiológicos, os ajustes na variância dos parâmetros fisiológicos podem se revelar mais importantes do que os ajustes na média. Além disso, os modelos estatísticos de covariância, tão importantes para o estudo da diversidade fisiológica, assumem que a variância é homogêneas ao longo dos valores das variáveis independentes. Porém, esta premissa é questionável, pois a expectativa de variância fisiológica homogênea entre espécies é infundada do ponto de vista fisiológico e evolutivo. O grau de variação intraespecífica, mesmo quando considerando indivíduos homogéneos do ponto de vista de idade, saúde, sexo e estado reprodutivo, pode estar relacionado com fatores ecológicos e comportamentais. Uma forte seleção estabilizadora poderia diminuir o grau de variância fisiológica dentro de uma população, entanto que a coexistência de múltiplas estratégias comportamentais na população poderiam incrementar a variância fisiológica.

Variação fisiológica e gradientes ecológicos

A vida na terra está exposta a gradientes ecológicos espaciais ou temporais que são inevitáveis numa escala de tempo evolutiva, envolvem tanto o ambiente biótico quanto o abiótico (Colwell e Hurtt, 1994; Gaston, 1996; Rohde, 1999; Culver e Buzas, 2000; Lambshead et al., 2000) e podem ter efeitos marcantes na composição de espécies (Pounds et al., 1999; Porter et al., 2000). É razoável admitir que diferenças entre grupos sistemáticos quanto ao escopo dos ajustes fisiológicos intra-individuais, e quanto a capacidade para a variação evolutiva dos mesmos, sejam parcialmente responsáveis pelos padrões observados (Spicer e Gaston, 1999, Navas 2003). O fundamento desta premissa é que as espécies variam no intervalo de condições ambientais em que podem manter a homeostase, no tempo requerido para produzir ajustes fisiológicos e na labilidade evolutiva da fisiologia, fatores esses que estão relacionados com a capacidade para a invasão de novos ambientes (Navas, 1999; Angilletta et al. 2001; Navas 2001). Os gradientes de temperatura, por exemplo, podem alterar significativamente os orçamentos energéticos dos animais (Grant e Porter, 1992). Ocorrem mudanças dramáticas na diversidade e estrutura de comunidades ao longo de gradientes ecológicos como, por exemplo, altitude (Peafur e Duellman, 1980; Navas, 1999), latitude (Gaston, 1996; Chown et al., 1998; Rohde, 1999; Culver e Buzas, 2000), profundidade (Brandt, 1997; Gooday, 1999) e disponibilidade de água (Kelt, 1996).

Dado que grupos sistemáticos simpátricos podem ser afetados com diferente intensidade pelos mesmos gradientes ecológicos, é relevante explicar as causas destas diferenças. A fisiologia evolutiva aborda este problema. A relevância dos estudos fisiológico-evolutivos para entender as mudanças na estrutura das comunidades ao longo de gradientes ambientais tem sido amplamente destacada por vários autores (Chown e Gaston, 1999; Gaston e Blackburn, 1999; Navas, 1999; Spicer e Gaston, 1999), incluindo alguns considerados líderes no estudo da biodiversidade (Colwell e Lees, 2000). Estes autores destacam, entre outras, a pouca importância dada até o momento à possível relação entre limites fisiológicos e distribuição geográfica em diferentes taxa. Um exemplo recente que ressalta a importância desta abordagem envolve a comparação entre anfíbios e répteis ao longo de gradientes altitudinais e latitudinais nos Andes (Navas, 2003). Os anfíbios anuros exibem, relativamente, pouca diminuição da biodiversidade ao longo de tais gradientes nos Andes tropicais em comparação com outros ectotermos, e ocupam maiores intervalos altitudinais. Esta situação contrasta com a dramática depauperação da fauna de lagartos em elevações acima dos 3000 m (Navas, 1999; Navas, 2001). É possível que a diferença no sucesso ecológico em ecossistemas

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tropicais de altitude entre anuros e lagartos se deva à especialização da fisiologia térmica dos últimos, possivelmente como conseqüência de uma longa história evolutiva associada à dependência da termorregulação comportamental (Navas, 2003). Por outro lado, a fisiologia térmica dos anfíbios é extremamente lábil, o que é esperado para ectotermos que experimentam marcantes flutuações da temperatura de atividade, e, assim, facilita a adaptação fisiológica requerida para colonizar ambientes acima dos 3000 m (Angilletta et al. 2001, Navas, 2001, 2003).

É importante ressaltar que gradientes ecológicos envolvem sempre conjuntos de variáveis ambientais. Tal complexidade deve ser considerada mediante a análise simultânea das respostas fisiológicas a duas ou mais covariáveis ambientais e, assim, chegar a um melhor entendimento das respostas fisiológicas dos organismos. Por exemplo, a pressão parcial de oxigênio, a temperatura, a variância térmica, a intensidade da radiação ultravioleta, o padrão de chuvas e a diversidade estrutural do habitat variam simultaneamente com a altitude. Dessa maneira, a expansão do limite altitudinal de uma população pressupõe que haja uma adaptação concomitante a essas variáveis (Navas 1997, 2003).

Variação fisiológica em diferentes níveis de organização

A variação fisiológica pode, e deve, ser analisada dentro do contexto de diferentes níveis de organização (Chown et al., 1999; Chown, 2001). Os estudos inter-específicos são os mais freqüentemente encontrados na literatura. Estes ilustram, principalmente, respostas a perguntas de caráter comparativo e evolutivo, incluindo porque as espécies exibem diferenças na capacidade para viver e se reproduzir em diferentes ambientes (Brattstrom, 1968; Hertz, 1981; Feder, 1982; Hulbert et al., 1983) e quais os limites ecológicos de cada espécie. Spicer e Gaston (1999) explicam, por exemplo, que uma correta predição dos limites de distribuição de uma espécie a ser introduzida pode ser feita com base na distribuição natural. Adicionalmente, tem sido proposta uma associação entre isotermas e limites de distribuição de espécies de aves migratórias Norte-americanas (Root, 1988). Fenômenos similares parecem ocorrer em animais ectotérmicos (Bruhl et al., 1999; Hofer et al., 1999). Além disso, em vários grupos animais, existe uma relação entre latitude ou altitude e taxa metabólica [por exemplo, lagartos (Dial e Grismer, 1992), morcegos (Arlettaz et al., 2000), anuros (Walton, 1993; Navas, 1996) e insetos (Berrigan e Partridge, 1997)].

Os processos históricos que terem conduzido a associações entre ecologia e fisiologia ao longo de gradientes ambientais permanecem discutíveis. Por exemplo, não existe controvérsia quanto à generalização de que uma maior taxa metabólica esta associada à invasão de ambientes de altitude (e.g., Navas, 1996), mas sim sobre as relações de causalidade envolvidas em tal associação. Fatores como o tipo e densidade de predadores poderiam excluir certas espécies das comunidades típicas de climas extremos, e as espécies excluídas, em consequência da sua exclusão, poderiam perder a habilidade de explorar essa condição climática (Spicer e Gaston, 1999). Em geral, os fatores que relacionam limites de distribuição, gradientes ecológicos e variação fisiológica são ainda pouco claros pois a pesquisa ainda está em fase descritiva. Tal déficit de informação tem sido criticado por Gaston e Blackburn (1999), que cobram da macro-ecologia um enfoque menos descritivo e mais testes de hipóteses concretas sobre os padrões de distribuição de espécies e as suas causas. Mais recentemente, Gaston escreveu: “Although these patterns are increasingly well documented, understanding why they exist constitutes one of the most significant intellectual challenges to ecologists and biogeographers.” (Gaston, 2000). Assim, é urgente partir para uma abordagem interdisciplinar que possa produzir um ganho conceitual significativo no entendimento da variação e diversidade biológica ao longo de gradientes ecológicos, sendo fundamental a integração entre fisiologia, ecologia e evolução. A adaptação populacional é um assunto tão obscuro quanto importante.

Os gradientes ecológicos e comportamentais podem promover diversificação fisiológica entre populações. Pode existir, por exemplo, notória variação entre populações na intensidade da sinalização intra e inter-sexual (Elmberg e Lundberg, 1991) ou na estratégia anti-predador (Brodie, 1993). Tal diferenciação sugere variação fisiológica concomitante, pois está demostrado que ajustes morfológicos, fisiológicos e comportamentais podem acontecer em níveis locais, inclusive, ao longo de gradientes micro-ecológicos (Bernardo, 1994; Storfer, 1999; Merila et al., 2000). Alguns peixes (poecilidos) exibem adaptação fisiológica e da história de vida às condições térmicas específicas das populações (Travis et al., 1999) e, em anfíbios, tem-se reportado diferenciação metabólica inter-populacional no contexto por exemplo, de grandes altitudes (Ruiz et al., 1989). Contudo, é claro que padrões gerais são improváveis, pois também tem sido reportada diferenciação fisiológica inesperada entre populações de anfíbios ecologicamente similares (Taigen e Pough, 1985; Navas et al. dados

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não publicados), e ajustes fisiológicos entre populações não são necessariamente percebidos, mesmo quando gradientes ecológicos muito marcados estão envolvidos. Existe, por exemplo, uma intrigante ausência de diferenciação metabólica entre populações de anfíbios anuros ao longo de gradientes latitudinais (John-Alder et al., 1989) e altitudinais (que incluem temperatura ambiente e pressão parcial de oxigênio; Packard, 1971; Navas, 1996). A ausência de um padrão simples e abrangente ilustra a complexidade da variação fisiológica e comportamental entre populações.

A falta de informação sobre a natureza da variação fisiológica inter-populacional traz, ainda, diversos problemas práticos. Os trabalhos comparativos entre populações podem ser importantes do ponto de vista da sistemática filogenética pois o conhecimento sobre a labilidade evolutiva dos caracteres é fundamental para validar ou adequar a sua inclusão em estudos sistemáticos. Um outro problema é que se, para certas características, a variação entre populações é maior ou comparável à variação entre espécies, um número de conclusões baseadas na comparação entre espécies precisariam de profunda reavaliação. Sob a necessidade de enfatizar os estudos inter-populacionais, Garland e Adolph (1991) escreveram: “Questions asked routinely of morphometric traits should be asked of physiological traits. How common are physiological clines? Do physiological traits show character displacement'? How much of the among-population variation of animals in nature is genetically versus environmentally based? What is the range and scope of acclimation / acclimatization in physiological traits, as compared with the magnitude of genetically based differentiation seen among populations?” Apesar desta proposta ter sido feita há mais de 10 anos, existe, ainda, pouca informação ao respeito.

Em fisiologia comparativa, a variação entre indivíduos é, tradicionalmente, tratada como variação não explicada. Entre os fisiologistas evolutivos, tal visão tem mudado, particularmente após o artigo seminal de Bennett (1987). Entender significância ecológica da variação fisiológica inter-individual é necessário para entender a diferenciação fisiológica em outros níveis de organização (Pough e Andrews, 1984; Bennett, 1987; Hayes e Jenkins, 1997). Acredita-se, por exemplo, que a plasticidade fenotípica individual poderia conduzir à variação inter-populacional se a maior parte dos indivíduos experimentasse normas de reação similares (Spicer e Gaston, 1999). Também é importante determinar até que ponto indivíduos de uma mesma população diferem na capacidade de manutenção da homeostase frente a mudanças ambientais. Neste contexto, o tipo de variação mais interessante é a referente a indivíduos que apresentem características fisiológicas diferentes quando comparados em condições similares, sendo as diferenças passíveis de repetição ao longo de vários testes. Somente aspectos fisiológicos passíveis de repetição podem ser considerados características do indivíduo. Por isso, testes sobre a reprodutibilidade das diferenças entre indivíduos no tocante a diversas variáveis fisiológicas são cada vez mais freqüentes na literatura (Huey e Dunhan, 1987; Longphre e Gatten, 1994; Chappell et al., 1995; Devera e Hayes, 1995; Hayes et al., 1998; Koteja et al., 2000), existindo também relatos de variação passível de repetição no comportamento de indivíduos em circunstâncias padronizadas ((Brodie, 1992; Brodie, 1993; Runkle et al., 1994; Howard e Young, 1998; Brodie e Russell, 1999, Gomes et al. 2002).

O achado de variação passível de repetição na fisiologia e comportamento de indivíduos tem promovido o interesse em explorar e entender a relação que existe entre variação comportamental e variação fisiológica. Este tipo de problema tem sido estudado corretamente somente em épocas recentes, mas os primeiros trabalhos são de difícil interpretação por não considerarem a reprodutibilidade das características comportamentais ou fisiológicas em questão (por exemplo Wells e Taigen, 1984; Walton, 1988). Entretanto, vários estudos ilustram notórias diferenças no comportamento de indivíduos dentro de uma população, incluindo o já clássico caso dos machos vocalmente ativos versus os chamados machos satélites em anuros (Lance e Wells, 1993). A ênfase na categorizarão do comportamento, porém, pode ter obscurecido a presença de gradientes comportamentais tênues, eventualmente associados a um contínuo de possibilidades fisiológicas dentro da população. Em alguns grupos de vertebrados tem sido observados gradientes ecológicos intra-populacionais na intensidade do comportamento. Em Rana clamitans, por exemplo, existe evidente diferenciação nas características da vocalização entre indivíduos (Bee et al., 2001). Dois exemplos com anuros, porém, são particularmente interessantes pois mostram que esses gradientes comportamentais podem estar associados a certo grau de diferenciação fisiológica concomitante: machos do anuro Pseudacris crucifer diferem na taxa de vocalização, e existe diferenciação fisiológica entre os indivíduos mais e menos ativos vocalmente (Zimmitti, 1999). Por outra parte, em Scinax hiemalis os indivíduos em melhor condição fisiológica exibem, preferencialmente, respostas anti-predador ativas (por exemplo pulo) em contraste com as respostas passivas (tanatose ou imobilidade; Gomes et al., 2002). A estratégia anti-predador é afetada pela massa corpórea dos indivíduos e a sua capacidade para o desempenho locomotor. Todavia, vista a escassez de exemplos

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e estudos sobre o tema, existem dúvidas sobre os fatores responsáveis pela manutenção de tal diversidade na população e as suas implicações evolutivas.

Considerações finais

Uma das questões mais importantes levantadas pela fisiologia evolutiva focaliza as implicações ecológicas e evolutivas da diversidade fisiológica. Esta pergunta é fundamental uma vez que a capacidade de resposta fisiológica em diferentes escalas temporais (respostas intra-individuais, aclimatização e adaptação) afeta os padrões de distribuição das espécies e populações ao longo de gradientes ecológicos, sejam estes ambientais ou comportamentais. Dada a ênfase na variação da fisiológia, a fisiologia evolutiva apresenta problemas analíticos e conceituais que fogem do enfoque tradicional da fisiologia comparativa.

A análise da variância dos parâmetros fisiológicos entre e dentro de indivíduos, populações e espécies, e a variação da variância ao longo de gradientes ambientais ecologicamente relevantes devem ser estudados para se entender os mecanismos e causas da variação fisiológica e as relações entre ecologia, evolução e fisiologia. Embora a fisiologia evolutiva seja uma área do conhecimento atual, pujante e integrativa, existe, ainda, um enorme potencial para futuro desenvolvimento. As considerações teóricas aplicadas na área são, até o momento, escassas e muitas das técnicas amplamente utilizadas em fisiologia mecanicista não têm sido aproveitadas dentro de um contexto evolutivo. O enfoque evolutivo na fisiologia tem muito a ganhar da interação com outras áreas.

2.- PROPOSTA DE PESQUISA Tema geral

Este projeto visa estabelecer um programa de investigação sobre a evolução da fisiologia muscular, térmica e metabólica em tetrápodos, principalmente anuros e lagartos, ao longo de gradientes ecológicos e comportamentais. No contexto da proposta, a fisiologia é considerada como uma expressão fenotípica que depende tanto da labilidade genotípica quanto da plasticidade fenotípica, dois elementos que interagem de maneira complexa (Schlichting e Piggliucci, 1998). A plasticidade fenotípica inclui variação fisiológica e está sujeita a diversos compromissos evolutivos. Por exemplo, a diminuição da temperatura ambiental pode ser enfrentada mediante o incremento da concentração de enzimas, a produção de enzimas com diferente temperatura ótima ou o aumento dos órgãos responsáveis por uma via bioquímica determinada, mas a escolha de uma solução possivelmente limitará outra (Angilletta et al. 2003). Este projeto focaliza o escopo, limitações e natureza dos ajustes da fisiologia que acontecem em diferentes escalas temporais, envolvendo também diferentes níveis de organização. Os sub-projetos propostos abordam perguntas específicas envolvendo tanto variação fisiológica intra-individual quanto entre indivíduos, populações e espécies. Será enfatizada a interação entre ecologia e fisiologia, desde os fenômenos micro-ecológicos até os macro-ecológicos, e as relações entre a diversidade fisiológica, ecológica e comportamental.

No nível macro-ecológico, será dada especial ênfase à diversidade (variação entre taxa ou indivíduos), plasticidade (escopo de variação dentro dos indivíduos) e adaptação (variação no tempo evolutivo produzida por seleção natural) fisiológica de anfíbios e lagartos em relação a diversos tipos de gradientes comportamentais e ambientais observados na natureza. Cabem, aqui, perguntas relacionadas com adaptação fisiológica ao ambiente abiótico característico da espécie. Serão estudados, também, os gradientes comportamentais, particularmente tipo e nível de atividade física em relação ao tipo de habitat utilizado e à história natural da espécie ou população. Estas perguntas serão abordadas, basicamente, mediante comparações entre espécies. Entretanto, algumas espécies de anuros serão utilizadas para estudar ajustes fisiológicos intra-específicos ao longo de gradientes ecológicos significativos. Os gradientes macro-ecológicos enfatizados serão os típicos do território brasileiro, incluindo temperatura, aridez, disponibilidade de oxigênio e complexidade estrutural do habitat [esta pode estar relacionada a pressões seletivas para mudanças comportamentais, favorecendo certos tipos de locomoção, estando, portanto, associada com ajustes morfológicos e fisiológicos concomitantes (Kohlsdorf et al., 2001)].

No nível micro-ecológico, será salientada a relação entre diversificação fisiológica e diversificação ecológico-comportamental dentro das populações. Esta diversificação será considerada a partir da perspectiva da variação temporal (sazonal) e da variação inter-individual, pois os processo envolvidos e a significância ecológica dos mesmo são diferentes. Como os processos micro-

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adaptativos podem estar baseados tanto na diferenciação genotípica quanto na plasticidade fenotípica, serão estudadas as normas de reação [plasticidade fenotípica, considerada como um caráter com base genotípica, ver Schlichting e Piggliucci (1998)] para certas características da fisiologia muscular e metabólica em animais submetidos a gradientes ecológicos artificiais. É possível que, para algumas espécies (potencialmente anuros do gênero Bufo), seja factível comparar a divergência nas características da fisiologia muscular e metabólica induzida por gradientes artificiais (plasticidade fenotípica exclusivamente) e naturais (plasticidade fenotípica e variação genotípica eventualmente adaptativa). Neste caso, indivíduos da mesma população poderão ser estudados quanto ao escopo dos ajustes fisiológicos e comportamentais como resposta ao estresse ambiental induzido artificialmente, sendo o nível e tipo de estresse teoricamente viável de acordo com a distribuição geográfica da espécie em questão.

Tópicos em fisiologia a serem salientados O projeto salientará os ajustes na capacidade para a atividade e o metabolismo energético de

uma maneira abrangente, incluindo a transferência de oxigênio até o músculo, o desempenho muscular (desde as fibras até o organismo), a capacidade máxima de utilização de energia durante a atividade, o custo de manutenção e a fisiologia termal dos organismos modelo. Tal ênfase acompanha o progresso da literatura, pois a relação entre temperatura fisiologia metabólica, desempenho comportamental e aptidão Darwiniana tem recebido uma grande atenção, tanto em eco-fisiologia quanto em fisiologia evolutiva (Huey, 1982; Bennett, 1994; Navas, 1996, 2003; Angilletta et al. 2003).

O metabolismo energético esta intimamente relacionado com o fluxo de água e disponibilidade de oxigênio, consequentemente estes dois fatores devem também ser considerados. A relação entre balanço hídrico e energético esta bem estabelecida em anfíbios e lagartos (Benabib e Congdon, 1992; Labra e Rosenmann, 1994; Beaupre, 1996; Znari e Nagy, 1997). Assim sendo, no contexto de alguns do projetos a serem abordados, principalmente os relacionados com anfíbios da caatinga, será necessário estudar vários aspetos da morfo-fisiologia da pele e o seu papel na perda o absorção de água e trocas gasosas. Por outro lado, trabalhos sobre trocas gasosas e hipóxia tem priorizado o caso dos anfíbios de altitude (Hutchison et al., 1976; Ruiz, 1987; Ruiz et al., 1989; Navas, 1996; Hou e Huang, 1999), mecanismos de controle (Branco, 1995; Branco e Steiner, 1999) e problemas durante a hibernação (Boutilier et al., 1997; Tattersall e Boutilier, 1997). O enfoque mecanicista, porém, enfatiza, freqüentemente, condições ecologicamente irreais. Só recentemente o tema tem sido abordado em contexto evolutivo, entretanto, de maneira preliminar (Navas, 1996; Navas 1999; Navas 2001).

Finalmente, como proposto em trabalhos recentes (Kohlsdorf et al., 2001), é possível que, em certos contextos, dados eco-morfológicos sejam obtidos paralelamente aos estudos fisiológicos. Os estudos eco-morfológicos são úteis para complementar e entender melhor os processos de evolução da fisiologia, como é claramente exemplificado por diversos trabalhos com lagartos (ver marco teórico).

Contextos ecológicos prioritários O projeto salientará o conceito Darwiniano de adaptação e a variação fisiológica ao longo de

gradientes ecológicos, entendendo por estes tanto gradientes ambientais quanto comportamentais. Os gradientes ambientais serão selecionados tendo em conta a diversidade geográfica e faunística do território Brasileiro, o estado do conhecimento e a experiência previa dos membros da equipe de pesquisa. Os gradientes de temperatura serão enfatizados, pois estão amplamente representados no Brasil, são os melhor estudados em termos de evolução da fisiologia de animais ectotérmicos e fazem parte fundamental da pesquisa em curso nos laboratórios vinculados a esta proposta. Contudo, o sistema-modelo típico no estudo da adaptação térmica tem sido os pequenos lagartos heliotérmicos (Hertz et al., 1983; Huey e Kingsolver, 1989; Van Damme et al., 1990; Adolph e Porter, 1993; Andrews, 2000), que poderiam ser animais ectotérmicos com características excepcionais. Tem sido questionado, de fato, se os paradigmas baseados em lagartos heliotérmicos são a norma ou a exceção em termos dos padrões evolutivos da fisiologia térmica dos vertebrados ectotérmicos (Angilletta, et al. 2001, Navas, 2001). Para responder esta questão será necessário continuar estudando a evolução da fisiologia térmica, mas incluindo nos sistemas-modelo de pesquisa ectotermos que não termorregulam, tais como anfíbios.

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Gradientes altitudinais também serão estudados. Este tipo de gradiente não apresenta extremos no Brasil, mas, mesmo assim, são interessantes dado o desafio apresentado pela variação paralela da temperatura e da pressão parcial de oxigênio. Por outro lado, a influência da temperatura e concentração de oxigênio nos padrões de distribuição da herpetofauna Sul-americana constitui um desafio muito interessante. Espera-se que, no tocante a elevações extremas, o tema posa ser desenvolvido no futuro, eventualmente em associação com pesquisadores da Argentina, e que gradientes menos dramáticos sejam estudados no Brasil. Além disso, a evidência de adaptação metabólica à altura em anfíbios anuros (ver introdução) parece compatível com o pouco que se conhece sobre anfíbios fossoriais, cecílias por exemplo (Gymnophiona; Jared et al., 1999). Um enfoque evolutivo das respostas à hipóxia permitiria entender melhor os processos de invasão de ambientes fossoriais e de altitude por anfíbios e répteis. Desta perspectiva, os gradientes de disponibilidade de oxigênio são relevantes para entender a evolução da fisiologia em relação a ambientes fossoriais e de altitude.

Os gradientes de disponibilidade de água, usualmente associados a gradientes térmicos, deverão ser estudados para responder perguntas relacionadas com a inovação fisiológica associada à invasão dos ambientes áridos (como a caatinga) por anfíbios e répteis. Finalmente, no contexto de fisiologia muscular associada à locomoção, os gradientes associados ao habitat estrutural são particularmente interessantes e deverão, também, ser focalizados. Em alguns contextos, por exemplo no estudo da variação fisiológica associada a mais de uma variável ambiental, assim como em outros problemas de pesquisa a serem tratados, será necessário utilizar gradientes ambientais artificiais. As perguntas levantadas nesta proposta necessitarão de gradientes artificiais de temperatura e de pressão atmosférica.

Do ponto de vista dos gradientes comportamentais (por exemplo intensidade da atividade vocal, distância percorrida por dia, grau de agressividade e outros), continuarão os esforços para detectar, quantificar e interpretar a variação entre indivíduos, populações e espécies.

Modelos de pesquisa Dada a natureza abrangente do projeto não é possível antecipar todas as espécies ou gêneros

que serão de interesse. Este tipo de investigação descobre permanentemente novos e interessantes sistemas de pesquisa que surgirão no curso dos projetos e se transformarão, posteriormente, em objetos de investigação. Cabe esclarecer, contudo, que os tetrápodos ectotérmicos serão os sistemas principais a serem estudados ao longo deste projeto. Alguns trabalhos pilotos com outros grupos, porém, poderão ser iniciados, sempre no contexto da evolução da fisiologia e as implicações ecológicas da variância fisiológica. O gênero de anfíbios anuros Scinax, principal modelo de pesquisa durante o projeto Jovem Pesquisador outorgado ao coordenador desta proposta, continuará sendo enfatizado. Outros gêneros de anfíbios, entre esses Bufo e Phyllomedusa, poderão ser estudados também. Os lagartos heliotérmicos estarão representados principalmente por Tropidurus, embora outros gêneros poderão ser incluídos no futuro. Entre as vantagens de Scinax e Tropidurus figuram a experiência prévia, a facilidade de captura, a diversidade ecológica e a disponibilidade de hipóteses filogenéticas, sejam publicadas ou em preparação.

Objetivos e perguntas Este projeto tem com objetivo principal utilizar um enfoque integrativo e multidisciplinar para

entender, a partir de uma perspectiva evolutiva, as implicações da variação fisiológica em diferentes níveis de organização. A pesquisa será realizada tendo como ponto de partida as perguntas apresentadas abaixo, que estão interligadas conceitualmente e refletem problemas prioritários conforme a discussão apresentada no marco teórico. Após cada pergunta, aparecem as mais importantes etapas de pesquisa associadas à mesma, e as variáveis mais importantes a serem medidas.

Qual o papel da evolução da fisiologia na diversificação ecológica face a transições evolutivas ao longo de gradientes de temperatura?

Vista a importância da temperatura de atividade nos estudos contemporâneos em fisiologia evolutiva, pretende-se estudar o tipo e grau de modificação da fisiologia metabólica e muscular entre espécies de vertebrados ectotérmicos, em relação à variação evolutiva na temperatura de atividade. Será comparada a magnitude e tipo de variação fisiológica em ectotermos termoconformadores

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(pererecas) e termorreguladores (lagartos) em gêneros diversificados ecologicamente. Os modelos prioritários serão o gênero de pererecas Scinax e o gênero de lagartos heliotérmicos Tropidurus (ver 3.3.4). Uma vez identificados tipo e magnitude dos ajustes metabólicos e comportamentais associados à diversificação na ecologia térmica nos dois tipos contrastantes de ectotermos, será possível propor hipóteses testáveis sobre o potencial para a expansão distribucional de vertebrados ectotérmicos ao longo de gradientes de temperatura. Tais hipóteses poderão ser testadas mediante estudos biogeográficos baseados na literatura, comparando por exemplo o sucesso ecológico e evolutivo de anfíbios anuros e lagartos ao longo de marcados gradientes macroecológicos de temperatura, por exemplo latitudinais e altitudinais.

A pergunta acima não pode ser respondida sem focalizar diversos estágios de desenvolvimento, pois diferenças entre espécies no sucesso ecológico ao longo de gradientes ecológicos podem surgir de limitações fisiológicas nos estágios iniciais do desenvolvimento. Este problema pode afetar lagartos ovíparos, e deve ser essencial no caso dos anfíbios anuros, dadas as profundas mudanças ecológicas associadas ao processo de metamorfose. Assim sendo, a pergunta 3.3.5.1 será complementada mediante a investigação de diversos aspetos relacionados com a eclosão de ovos de lagartos (ver também pergunta 3.5.5.2) e com um estudo preliminar da contribuição relativa de ajustes fisiológicos e comportamentais na diversificação ecológica na reprodução de anuros. Este estudo será necessariamente preliminar, pois existe, pouca informação sobre ecofisiologia de larvas de anfíbios, menos ainda sobre fisiologia evolutiva. A proposta, então, é estudar em detalhe a temperatura e outros parâmetros físico-químicos d’água utilizada para reprodução em larvas no gênero Scinax. Dada a dificuldade de estudar fisiologia em girinos, estudos morfofisiologicos proverão informação sobre as diferenças entre larvas de espécies típicas dos diversos habitats reprodutivos. Técnicas estatísticas multivariadas poderão ser utilizadas para dispor em grupos os microhabitats por similaridade físico-química, sendo que os dendrogramas resultantes poderão ser comparados com agrupações de espécies derivadas de hipóteses filogenéticas. A comparação final entre filogenia, morfo-fisiologia e ecologia devera ilustrar o grau de mudança físico-química associado a processos de especiação em larvas de anuros, e propor hipóteses testáveis sobre o papel da evolução fisiológica na diversificação reprodutiva dos anfíbios. Variáveis relevantes: Temperaturas de atividade no campo, Grau de atividade locomotora e vocal de espécies, Sensibilidade termal da taxa metabólica (repouso e atividade), Sensibilidade termal de algumas enzimas metabólicas, Capacidade oxidativa dos músculos usados na vocalização e locomoção, Oxigênio dissolvido, pH, Temperatura, Concentração de cálcio, Concentração de matéria orgânica, Carga de patógenos (coliformes, salmonela e fungos), Parâmetros morfo-fisiológicos (espessura da pele, camada de colágeno, capilarização, composição glandular e outros). Altitude máxima e intervalo altitudinal reportado, Temperaturas de atividade, Variância da temperatura corporal em câmaras ambientais simuladoras, Parâmetros estruturais do habitat, posição sistemática.

Qual o potencial para a adaptação fisiológica simultânea a diversas covariáveis ao longo de gradientes ecológico-comportamentais? Existe aditamento da variância fisiológica nos ajustes simultâneos a covariáveis ambientais?

Os gradientes ecológicos na natureza exibem frequentemente variação simultânea de diversas variáveis ambientais, mas as respostas fisiológicas à covariação ambiental têm recebido pouca atenção (Pág. 5). Sobre este tema têm sido selecionados dois problemas que complementam a proposta levantada em 3.3.5.1. Primeiro, será enfocada, no nível inter-específico, a questão da adaptação simultânea à temperatura de atividade e à intensidade da atividade vocal em anfíbios anuros. Tal discussão é importante no caso de Scinax, dado que os gradientes de temperatura covariam ou variam independentemente de outros gradientes ecológicos eventualmente importantes na discussão sobre a evolução da fisiologia do esforço. O tipo e intensidade da vocalização de uma espécie, por exemplo, pode estar relacionado com as caraterísticas metabólicas e musculares da mesma, e ser influenciado pelo habitat estrutural e a posição sistemática. Em principio, dois contextos ecológicos diferentes, temperatura de atividade e intensidade da atividade vocal, poderiam lavar à evolução de caraterísticas similares, como sugerido pelos estudos comparativos que indicam correlação positiva da capacidade oxidativa da musculatura esquelética nos contextos de adaptação a temperaturas baixas em peixes e a uma alta taxa de vocalização em anuros. Entretanto, os estudos realizados até o momento não permitem a identificação da importância conjunta do nível do exercício e do ambiente térmico sobre a evolução dos parâmetros estruturais e funcionais da musculatura. Além disso, e dado o crescente interesse no papel das vias metabólica independentes do oxigênio na atividade aeróbia, cabe ressaltar que as possíveis modificações da capacidade glicolítica da

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musculatura esquelética nesses dois contextos ecológicos (atividade e temperatura) não tem sido abordadas na literatura. Por esta razões, o estudo dos aspectos morfológicos e bioquímicos associados ao metabolismo energético em diferentes espécies de Scinax (3.3.5.1) será complementado com um estudo paralelo da atividade locomotora e vocal no campo, de forma a reunir argumentos sólidos para a investigação do papel da intensidade da vocalização e a temperatura de atividade na evolução da fisiologia muscular e metabólica de vertebrados ectotérmicos.

A compreensão integrada das relações evolutivas entre vocalização e fisiologia metabólica requer ainda de considerações adicionais. Dados preliminares sugerem uma tendência à dicotomia na atividade vocal de Scinax, com espécies de áreas abertas que apresentam vocalizações simples e emitidas em taxas altas, e espécies da floresta, que tendem a produzir vocalizações mais complexas e menos frequentes. A medição da atividade vocal, e a conversão do comportamento observado em variáveis quantificáveis não é obvia, pois variáveis comumente utilizadas como taxa de vocalização não informam nada sobre a complexidade ou previsibilidade do padrão vocal. Como complemento à proposta 3.3.5.2, será realizado um estudo do comportamento vocal em espécies de Scinax, criando novas opções de análise que permitam quantificar variáveis pouco citadas na literatura, mas de potencial interesse com agentes moduladores da evolução da fisiologia metabólica e muscular. A complexidade, por exemplo, precisa ser analisada do ponto de vista das vocalizações individuais (enfoque tradicional) e do padrão de emissão (pouco estudado). De fato, as vocalizações podem ser emitidas com intervalos de tempo constantes (pouca informação) ou ser emitidas de maneira variável (maior conteúdo de informação). Pretende-se, portanto, desenvolver um estudo estatístico - teórico para avaliar intensidade, complexidade e conteúdo de informação das vocalizações de anfíbios, aplicável tanto no contexto de comparações entre indivíduos quanto entre espécies. Voltando à pergunta levantada em 3.3.5.2, um segundo problema a ser tratado é o desenvolvimento de ovos de lagartos ao longo de gradientes altitudinais, questão focaliza o problema da adaptação fisiológica simultânea e outros assuntos levantados em 3.5.5.1. Trabalhos com aves indicam que ovos de espécies de baixas altitudes têm a taxa de eclosão (E) diminuída e o tempo de incubação (I) prolongado quando expostos à diminuição da pressão barométrica, um processo aparentemente concomitante à diminuição de consumo oxigênio (M) pelos ovos. Como a temperatura ambiente também deve interferir tanto em E quanto em I, e esses dois parâmetros covariam em ambientes ecológicos de altitude. Uma eventual covariação de pressão e temperatura deve causar mudanças em E, I e M, sendo o resultado dependente das normas de reação, genótipo e aditividade das variâncias. Portanto, o estudo da variação concomitante da pressão barométrica e a temperatura nas funções tempo de incubação, taxa de eclosão e consumo de oxigênio pelos ovos, torna-se importante para entender aspetos fundamentais da evolução da fisiologia, particularmente no contexto da invasão de ecossistemas e altitude por lagartos. Tal estudo permitira também testar a aditividade e linearidade das variâncias associadas a temperatura e pressão barométrica, e explorar as normas de reação, inclusive comparando ovos com diversos graus de parentesco. O problema dos ovos a altitude é realista dada a escassez de répteis acima dos 3000 metros. Além disso, a limitação ao desenvolvimento dos ovos causada pela temperatura tem sido considerada o principal fator na evolução da viviparidade em lagartos, mas o possível papel da pressão barométrica tem sido ignorado. Assim, o estudo simultâneo da temperatura e a pressão barométrica pode fornecer novos paradigmas sobre a evolução das estratégias reprodutivas de répteis. Este problema será estudado também de uma perspectiva teórica, realizando uma análise dos fatores limitantes ao desenvolvimento de ovos de répteis através da teoria de sistemas dinâmicos, tendo como variáveis temporais o consumo de oxigênio, a massa do ovo, área de troca (poros) e a perda de água, e como parâmetros a pressão barométrica, temperatura ambiente e umidade relativa. Este trabalho permitirá estabelecer a amplitude da variância dos limitantes no sucesso de eclosão dos ovos e, no âmbito teórico, a função composta dos limitantes na eclosão frente aos parâmetros envolvidos.

Da perspectiva dos lagartos adultos, a questão da adaptação fisiológica simultânea focalizará a fisiologia e morfologia associada ao comportamento antipredador. Em lagartos, vários aspectos da morfo-fisiologia da locomoção estão associados à complexidade do habitat estrutural, caraterística relacionada com o tipo e ângulo mais frequente de locomoção, a distância média até um refugio, a disponibilidade para a termorregulação comportamental e outros. As espécies de Tropidurus de ambientes não florestados exibem marcada diversidade ecológica e comportamental que contrasta com uma marcada similaridade morfológica. Assim, seria esperado que diferenças na fisiologia muscular e na sensibilidade térmica do músculo associado à locomoção sejam parcialmente responsáveis pela diversidade ecológica do gênero. Um estudo morfo-fisiológico evolutivo de Tropidurus permitirá diferenciar os fatores morfológicos e fisiológicos associados à covariação em substrato preferencial e regímen térmico entre espécies e populações (ver também 3.5.5.5).

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Os gradientes de complexidade estrutural do habitat servirão também para estudar a significância ecológica da variação morfo-fisiológica em anuros, grupo no que existe muita variação no sistema de defesa. O comportamento antipredador é principalmente passivo em certos gêneros como Bufo, no que os indivíduos produzem variadas substâncias tóxicas em glândulas cutâneas. Existe, porém, neste gênero, notável variação entre o tamanho, forma e localização das glândulas parotóides, o que sugere maior diversidade comportamental, e portanto fisiológica, da prevista pelo paradigma para o gênero. O habitat estrutural está relacionado com a covariação multidimensional de parâmetros relevantes na estratégia antipredador de bufonídeos, incluindo possibilidades para o comportamento críptico, grau de exposição durante a atividade, e distância a ser percorrida durante o forrageamento. Por exemplo, animais mais expostos no ambiente parecem possuir glândulas maiores e mais conspícuas. Em contraste com os tamanhos menores destas glândulas em animais que vivem em ambientes mais fechados. Assim, parecem existir no gênero um gradiente comportamental na estratégia antipredador, desde espécies ativas e com poucas defesas químicas até espécies crípticas e com pouca capacidade para evadir predadores utilizando a locomoção. O estudo da morfo-fisiologia da pele, a capacidade para o esforço locomotor e as respostas antipredador típicas de espécies de Bufo ao longo de um gradiente de complexidade do habitat, permitirá entender os compromissos evolutivos entre caraterísticas fisiológicas associadas ao comportamento antipredador ativo e passivo, e identificar o conjunto de variáveis ambientais mais importante na evolução da fisiologia do esforço. Variáveis relevantes: Além das já citadas, taxa de vocalização, parâmetros temporais da vocalização, esforço vocal e permanência no coro. Taxa metabólica de ovos em diferentes temperaturas e pressões barométricas. Quais as correlações ecológicas da variância fisiológica intra-específica? Existe relação com o

grau de especialização ecológica? Como discutido na Pág. 5, e estudo da variância fisiológica é fundamental em fisiologia evolutiva,

e pode ser mais relevante que a média para entender certos processos adaptativos. Existem, entre espécies de Scinax, por exemplo, diferenças no grau de diversidade comportamental interindividual e, possivelmente, na variação fisiológica associada. Assim sendo, o estudo da variância fisiológica intraespecífica, analisado em contexto ecológico, permitirá entender melhor a significância ecológica da variação fisiológica. A hipótese nula de homogeneidade de variâncias pode ser testada estudando a variância da taxa de metabolismo em atividade e repouso em um número significativo de espécies de Scinax e Tropidurus, dando continuidade às propostas 3.3.5.1 e 3.3.5, mas salientando a relação entre diversidade fisiológica e diversidade ecológico-comportamental. Os dois gêneros são apropriados, pois Scinax apresenta significativa variação comportamental intraespecífica e Tropidurus exibe grandes diferenças no grau de especialização ecológica. De fato, este gênero de lagartos exibe espécies muito generalistas que contrastam, na seleção de microhabitat, com especialistas extremos, como as espécies endémicas das dunas. A variância intraespecífica na taxa metabólica e o desempenho locomotor de espécies nestes dois gêneros pode ser estudada em relação com a o grau de variação intraespecífica em microhabitat, comportamento, estratégia defensiva e caraterísticas da locomoção. A hipótese a ser testada, neste caso, é que existem diferenças entre espécies na variância das caraterísticas fisiológicas sob estudo, e que esta deve ser menor nas espécies ecológica ou comportamentalmente menos diversas.

Variáveis relevantes: Além das já citadas, medidas do desempenho locomotor, variação térmica no campo nos microhabitats utilizados, dados de museu sobre diversidade ecológica na espécie. Quais são as implicações ecológicas e evolutivas da variação fisiológica individual em vertebrados ectotérmicos? Até que ponto a variação fisiológica interindividual é responsável por diferenças entre indivíduos no desempenho comportamental?

A pergunta levantada em 3.5.5.3 parte da ideia de que existem diferenças entre espécies na variância dos carateres fisiológicos, e que tal variância pode estar relacionada gradientes ecológicos que existem entre indivíduos de uma espécie. Estes gradientes podem ser comportamentais, estar associados a variação fisiológica e do desempenho comportamental, (Pág. 13, ver também 3.3.5.2) e ter implicações para a aptidão dos indivíduos (Págs. 10 e 11). Um problema inicial é determinar a contribuição de fatores morfológicos, fisiológicos e motivacionais à variância no desempenho comportamental entre indivíduos. Esta questão pode ser tratada, utilizando tanto anuros quanto

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lagartos como modelos de pesquisa, mediante a investigação do desempenho locomotor individual junto a um estudo fisiológico e morfométrico dos indivíduos. Ao comparar as características da fisiologia muscular dos indivíduos poderá ser abordada de maneira concomitante a questão dos compromissos contráteis entre funções musculares, como potência e velocidade. A identificação deste tipo de compromissos é essencial para entender e interpretar padrões de variação individual. Da óptica da a relação entre fisiologia e sucesso reprodutivo, a questão pode ser abordada mediante um estudo detalhado de Scinax g. perpusilla, que defendem bromélias da aproximação de outros machos. Se a manutenção dos territórios envolve vocalizações persistentes a capacidade para a vocalização e outras atividades pode ser decisiva no sucesso reprodutivo dos indivíduos. Assim, pretende-se ampliar o escopo de projetos em curso e determinar se os machos em melhores condições físicas, mesmo requerendo um alto investimento energético, são aqueles capazes de defender os melhores sítios para oviposição e deter as bromélias nas que são detectados girinos. Variáveis relevantes: Além das já citadas, morfometria dos membros, fração do músculo envolvido no pulo com relação ao corpo, tamanho corporal, mecânica muscular do gastrocnêmio e motivação do animal para pular, eventualmente medida a través do tempo utilizado para concluir um número de pulos independentes.

Existe adaptação fisiológica local em vertebrados ectotérmicos? Para ilustrar o potencial para a diferenciação fisiológica rápida e de caráter adaptativo local em

vertebrados ectotérmicos, as perguntas levantadas em 3.5.5.1 e 3.5.5.2 devem ser enfocadas no contexto da variação entre populações ou entre espécies muito próximas (Pág. 18). A comparação de populações ao longo de gradientes ambientais permite, se existe uma hipótese filogenêtica confiável, realizar um teste de adaptação local com hipótese filogenética nula. O teste consiste na comparação dos processos evolutivos reais (dados empíricos) com simulações de evolução aleatória (hipótese nula). Uma filogenia de Scinax g. perpusilla deve estar disponível no futuro próximo, o que faz destas pererecas, distribuídas ao longo de uma extensão significativa do Sudeste Brasileiro, um modelo apropriado nesse contexto. As diversas espécies e populações do grupo são bastante similares e coexistem em extensões geográficas relativamente moderadas, mas apresentam diferenças ecológicas e fisiológicas importantes, segundo dados preliminares. A pergunta 3.3.5.5. pode ser enfocada também em espécies generalistas de Tropidurus, como T. torquatus, que ocupa uma grande diversidade de habitats. Neste caso, e aproveitando a informação sobre diversidade morfológica e fisiológica entre espécies (3.5.5.1 e 3.5.5.2), poderá ser estudado o escopo da variação intraespecífica, testando se as tendências observadas entre espécies têm paralelo nas comparações entre populações.

Anfíbios no gênero Bufo são apropriados para se estudar a adaptação fisiológica local em outros contextos ecológicos, pois espécies como Bufo granulosus estão distribuídas ao longo de gradientes hídricos muito significativos. Sendo a pele fundamental na osmorregulação de anuros, cabe testar hipóteses sobre o grau diversificação morfo-fisiológica deste órgão ao longo de gradientes naturais de disponibilidade d’água. A diferenciação fisiológica, porém, só é esperada na ausência de mecanismos comportamentais que diminuam o impacto da menor disponibilidade de água nas populações de ambientes mais áridos. Assim sendo, espera-se investigar também relevância das modificações comportamentais na expansão do intervalo de distribuição desta espécie.

Variáveis relevantes: Já citadas.

Qual o escopo da plasticidade fenotípica dos carateres fisiológicos em vertebrados ectotérmicos?

As diferenças inter-populacionais eventualmente encontradas na abordagem proposta em 3.3.5.5 podem resultar de processos evolutivos, sejam estes adaptativos ou não, ou de plasticidade fenotípica, ou seja o produto da interação entre o genótipo e o ambiente (Pág. 11). Nos vertebrados ectotérmicos, fatores ambientais podem causam diferenciação morfo-fisiológica entre indivíduos. Contudo, deve existir um intervalo limitado de modificações fisiológicas possíveis, face a mudanças ecológicas, sendo que a plasticidade fenotípica pode contribuir à variância fisiológica (ver 3.3.5.3), e que o escopo do ajustes fisiológicos poderia ser maior nas espécies generalistas. Por estas razões, a interpretação ecológica da variação fisiológica requer de estudos comparativos da plasticidade fenotípica entre espécies. Utilizando câmaras simuladoras de ambientes (ciclos diários de humidade relativa e temperatura programáveis) poderá se-analisar o escopo da variação fisiológica de espécies generalistas e especialistas face a mudanças ambientais realistas; e verificar se a plasticidade é responsável pela diferenciação inter-populacional observada na natureza. A pesquisa preliminar

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indica que é possível coletar ovos de certas espécies de anuros e lagartos para criar indivíduos a partir de ovos de parentesco conhecido, mas em ambientes artificiais diferenciados. Comparação de características da fisiologia do esforço e morfo-fisiologia do balanço hídrico. O escopo das mudanças morfo-fisiológicas poderá ser estudado também em indivíduos expostos ao tratamento em diferentes estágios de desenvolvimento. Variáveis relevantes: Já citadas.

Estudos piloto Existem perguntas e abordagens que, embora interessantes no contexto desta proposta, não podem figurar como parte integral da mesma dada a necessidade de se realizar abundantes estudos preliminares. A seleção artificial em laboratório, por exemplo, é inviável com anfíbios ou répteis, mas poderia ser realizada com outros ectotermos, por exemplo insetos, selecionado alto nível de atividade e capacidade para a atividade em temperaturas baixas. Um estudo piloto permitiria investigar se caraterísticas como taxas de estridulação são de fato repetíveis entre indivíduos, e posteriormente verificar se são herdáveis.

Métodos: abordagens em fisiologia evolutiva e variação da fisiologia

Existe um debate vigoroso sobre os enfoques e direções que devem nortear a pesquisa em fisiologia evolutiva. Assim sendo, são discutidos aqui enfoques e não técnicas, salientando as vantagens e limitações das mais importantes abordagens utilizadas nesta disciplina, ressaltando as que parecem mais promissoras em termos desta proposta. O ANEXO AO PROJETO (Pág. 31) lista e descreve as técnicas mais relevantes a serem utilizadas.

Métodos comparativos filogenéticos: Perguntas relacionadas com variação entre espécies e macro-ecologia podem ser enfocadas utilizando-se a correlação filogenética com contrastes independentes (Garland, 1992; Garland et al., 1992). Esta ferramenta analítica é valiosa para detectar diferenças na taxa de evolução da morfologia ou fisiologia entre clados, ilustra a relevância da posição sistemática nos caracteres morfo-fisiológicos e permite testar hipóteses sobre o valor adaptativo dos caracteres em questão. Uma ferramenta conceitualmente relacionada, mas diferente, é a simulação de evolução ao longo de hipóteses filogenéticas (Garland, 1993b). A simulação pode ser utilizada para determinar a distribuição dos caracteres em questão para essa hipótese filogenética, permitindo, assim, deduzir adaptação quando os valores do fenótipo tem probabilidade muito baixa de ocorrer por variação aleatória. Entretanto, estes métodos não explicam relações de causalidade mas, sim, enfatizam as características derivadas e não permitem uma diferenciação formal entre plasticidade fenotípica e variação genotípica (embora possam colaborar para a elaboração de hipóteses). Dadas as suas vantagens e limitações, os estudos de correlação evolutiva e simulação da evolução devem ser complementados com outros enfoques.

Observações no campo: Dada a profunda interação entre fisiologia e comportamento na manutenção da homeostase, a interpretação de dados em fisiologia evolutiva somente é possível conhecendo-se as atividades naturais dos animais e o seu grau de exposição aos rigores ambientais durante as fase de atividade e inatividade. As informações sobre comportamento, ecologia e história natural são, portanto, fundamentais na pesquisa sobre evolução da fisiologia. Os estudos ecológico-comportamentais permitem entender de que maneira o comportamento contribui à extensão de limites de distribuição, mesmo na ausência de modificações da fisiologia. Por outro lado, a diversidade comportamental intra-específica somente pode ser investigada mediante observações múltiplas do mesmo indivíduo no campo, para testar hipóteses de reprodutibilidade.

Comparações em common garden: A distinção entre variação genotípica e plasticidade fenotípica é possível, em teoria, utilizando um desenho experimental chamado common garden [ver Merila et. al. (200) para um exemplo com anfíbios anuros]. Nesta abordagem, podem ser utilizados indivíduos de uma mesma população que são criados sob condições diferentes, o que permite estudar o escopo da plasticidade fisiológica induzida pelo ambiente. Alternativamente, podem ser estudados indivíduos provenientes de diversas populações que são mantidos sob condições similares, de maneira que a diversidade observada após de certo tempo reflita diversidade genotípica, pois admite-se que as mudanças fenotípicas possíveis tenderiam a diminuir as diferenças fisiológicas entre indivíduos mantidos sob as mesmas condições. Se neste tipo de estudo são utilizados animais em diferentes estados ontogenéticos, desde desovas recém fecundadas até adultos, podem ser inferidas mudanças no potencial de resposta plástica da fisiologia com a ontogenia. Uma questão relacionada é se a reversibilidade das respostas fisiológicas muda com a ontogenia, o que pode ser

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respondido com um desenho experimental cruzado, no que os indivíduos são aleatoriamente divididos em dois grupos, cada um recebendo um tratamento que é depois invertido.

Seleção em laboratório: Uma das abordagens mais promissoras é o estudo de seleção natural em condições artificiais, que permite isolar os fatores da fisiologia que surgem como resposta adaptativa a uma situação de ambiente artificial (Garland e Carter, 1994). Estes trabalhos, porém, são factíveis somente com sistemas estabelecidos, sendo, até agora, estudados neste contexto bactérias (Mongold et al., 1996), moscas da fruta (Huey e Kingsolver, 1993; Feder, 1996) e camundongos (Houle-Leroy, 2000). O enfoque é poderoso e tem trazido aportes conceituais significativos, pois permite responder muitas perguntas relacionadas com o potencial evolutivo da fisiologia, mas somente podem incluir estudos em espécies com tempos de geração curtos. Como o tempo de geração tem implicações importantes na evolução da fisiologia (Huey e Kingsolver, 1993), a generalidade das conclusões derivadas de seleção artificial deve ser criteriosamente avaliada.

Enfoques teóricos: Huey Kingsolver (1993), e posteriormente Kingsolver et al. (2001), têm fornecido os mais importantes modelos sobre a evolução da fisiologia térmica em animais ectotérmicos. Admitindo-se uma relação entre temperatura ambiente (admitida como igual à corpórea), desempenho comportamental e aptidão, os autores permitiram variação na variável Temperatura Ótima (para a atividade) em simulações que diferiam na faixa de temperaturas nas que o desempenho era igual ou superior a 90% do máximo atingido por um indivíduo (FTD). Ao estudar as implicações do modelo, mudando a FTD entre testes e simulando variação na temperatura ambiental, foi evidente que o atraso evolutivo (evolutionary lag) entre temperatura ótima e temperatura ambiental tendia a ser maior nas espécies generalistas (aquelas com uma ampla FTD). Embora a repercussão deste trabalho tenha sido grande na promoção de trabalhos empíricos, a continuação da abordagem teórica na fisiologia evolutiva é desejável para enfocar tanto a relação entre sensibilidade térmica e aptidão tendo em conta outros comportamentos que não a locomoção, quanto a importância relativa da variação genotípica e a plasticidade fenotípica nos processos adaptativos (Angilletta et al. 2001).

Estatística: A fisiologia comparativa tem sido desenvolvida em torno de desenhos experimentais que valorizam diferenças na tendência central de caracteres fisiológicos, utilizando principalmente modelos estatísticos Tipo I. Como a variabilidade das características fisiológicas tem recebido menos atenção, os modelos Tipo II, que comparam a variância per se, têm sido notoriamente menos utilizados. Este tipo de testes são importantes para estudar a variação fisiológica entre e dentro dos indivíduos, populações ou espécies. Assim, vale ressaltar que a identificação da alteração na variância de uma característica fisiológica e dos seus componentes em decorrência da mudança de um conjunto de parâmetros ambientais pode ser a abordagem mais relevante para se distinguir entre os indivíduos aptos e os não aptos, entre ajustes e condições patológicas e entre fenômenos de componentes lineares e aqueles que tendam à saturação ou extinção. Por exemplo, as respostas fisiológicas à hipóxia têm sido amplamente estudadas, mas, geralmente, em contextos ecologicamente irreais como a exposição extrema e crônica no laboratório. A interpretação das mudanças observadas neste tipo de estudo pode envolver ambigüidade, pois é impossível diferenciar lesão, alteração, ajuste ou adaptação fisiológica. Uma melhor interpretação dos dados seria possível mediante a apresentação de uma análise detalhada dos componentes da variância fisiológica. Contudo, o efeito conjunto da variação de parâmetros ambientais como temperatura e pressão barométrica na variância dos mensurandos (e.g., variáveis medidas como taxa metabólica, temperatura preferencial), embora básico, nunca foi, aparentemente, objeto de análise. Finalmente, é importante lembrar que impropriedades da inferência estatística, particularmente se testes paramétricos são utilizados, podem ocorrer se a variância não é homogênea no espaço dos parâmetros ambientais sob estudo.

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