Os herbívoros que vagam pela savana africana são enormes e comem muito. No entanto, de alguma forma, todos eles conseguem viver aproximadamente no mesmo lugar, apoiados pelo mesmo ambiente de vegetação escassa. Em 2013, os ecologistas queriam saber exatamente como isso funcionava. No entanto, como elefantes, zebras, búfalos e impalas andam muitos quilômetros para alimentar e não gostam de humanos intrometidos observando-os comer, era quase impossível descobrir suas dietas.
Os pesquisadores foram deixados, como tantas vezes são, a examinar o cocô. Mas as plantas digeridas eram impossíveis de identificar apenas pelos olhos humanos. Então, para esse quebra-cabeça, eles se voltaram para o que era uma técnica genética relativamente nova: o código de barras do DNA.
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Ecologistas levaram amostras para o laboratório e vasculharam o DNA dos restos de plantas, procurando por um gene específico conhecido como Citocromo c oxidase I. Devido à sua localização nas mitocôndrias da célula, o gene, conhecido como COI, tem uma taxa de mutação aproximadamente três vezes a de outras formas de DNA. Isso significa que ele mostrará mais claramente as diferenças genéticas entre organismos intimamente relacionados, tornando-o uma maneira útil de separar as espécies em grupos de pássaros a borboletas - como a etiqueta no interior de sua camisa ou um código de barras de um supermercado.
Para este engenhoso método, apropriadamente chamado de DNA barcoding, podemos agradecer a um geneticista que se viu farto dos métodos “estressantes” e demorados da taxonomia tradicional. Paul Hebert, biólogo molecular da Universidade de Guelph, no Canadá, relembra uma noite nublada e úmida que ele passou gastando coletando insetos em uma folha de papel como pesquisador de pós-doutorado na Nova Guiné.
“Quando os classificamos morfologicamente no dia seguinte, percebemos que havia milhares de espécies que haviam entrado”, diz Hebert. Muitos, até onde ele sabia, nunca haviam sido descritos pela ciência. "Eu percebi que uma noite eu encontrei espécimes suficientes para me manter ocupado pelo resto da minha vida", diz ele.
Hebert continua: “Foi nesse momento que eu praticamente… percebi que a taxonomia morfológica não poderia ser a maneira de registrar a vida em nosso planeta.” Ele doou suas coleções de espécimes e passou para outras pesquisas na biologia evolutiva do Árctico— os “habitats de diversidade de espécies mais baixos que eu pude encontrar”, em suas palavras - mas o tópico de medir a biodiversidade da Terra sempre permaneceu no fundo de sua mente.
A tecnologia continuou avançando em meados da década de 1990, permitindo aos pesquisadores isolar e analisar pedaços cada vez menores de DNA. Hebert, que trabalhava na Austrália como pesquisador visitante, decidiu começar a "brincar" de sequenciar o DNA de diferentes organismos e procurar uma única sequência que pudesse ser facilmente isolada e usada para distinguir rapidamente as espécies. "Eu decidi que esta região do gene mitocondrial é eficaz em muitos casos", diz ele. Isso foi COI.
Hebert decidiu testar seu método em seu próprio quintal, coletando dezenas de insetos e codificando-os. Ele descobriu que podia distinguir os insetos facilmente. “Eu pensei 'Ei, se funciona em 200 espécies no meu quintal, por que não funciona no planeta?'
E, com algumas exceções, tem.
Usando essa técnica, os pesquisadores do estudo de savana de 2013 conseguiram reunir as diversas dietas desses animais coexistentes. "Nós poderíamos dizer tudo o que os animais estavam comendo com o código de barras de suas fezes", diz W. John Kress, curador de botânica do Museu Nacional de História Natural do Smithsonian, que colaborou no estudo. Ao informar os gerentes e cientistas da vida selvagem exatamente quais gramíneas cada animal alimenta, esses resultados "poderiam ter impacto direto na criação de novas áreas de conservação para esses animais", diz Kress.
Isso também deu aos ecologistas uma visão maior de como todo o ecossistema funciona em conjunto. "Agora você pode ver como essas espécies estão realmente coexistindo na savana", diz Kress. Hoje, a própria idéia do que faz uma espécie está mudando, graças ao código de barras do DNA e a outras técnicas genéticas.
Pode não parecer muito, em termos de vegetação. Mas de alguma forma, a savana africana suporta uma variedade de herbívoros icônicos. O código de barras do DNA ajuda a mostrar como. (Cultura RM / Alamy) Desde os dias de Darwin, os taxonomistas filtraram as espécies com base no que puderam observar. Ou seja, se parece um pato, anda como um pato e soa como um pato - jogue-o na pilha de patos. O advento do seqüenciamento de DNA na década de 1980 mudou o jogo. Agora, lendo o código genético que faz de um organismo o que é, os cientistas poderiam colher novos insights sobre a história evolutiva das espécies. No entanto, comparar os milhões ou bilhões de pares de bases que compõem o genoma pode ser uma proposta cara e demorada.
Com um marcador como Citocromo c oxidase I, você pode identificar essas distinções de maneira mais rápida e eficiente. O código de barras pode dizer em questão de horas - quanto tempo leva para sequenciar um código de barras do DNA em um laboratório de biologia molecular bem equipado - que duas espécies que parecem exatamente as mesmas na superfície são substancialmente diferentes em um nível genético. Apenas no ano passado, cientistas no Chile usaram códigos de barras de DNA para identificar uma nova espécie de abelha que os pesquisadores de insetos haviam perdido nos últimos 160 anos.
Trabalhando com Hebert, especialistas como o curador de entomologia do Museu Nacional de História Natural John Burns conseguiram distinguir muitos organismos que antes eram considerados da mesma espécie. Avanços na técnica agora permitem que os pesquisadores codifiquem os espécimes dos museus a partir de 1800, afirma Burns, abrindo a possibilidade de reclassificar definições de espécies estabelecidas há muito tempo. Um ano depois de Hebert delinear o código de barras do DNA, Burns usou ele mesmo para identificar um desses casos - uma espécie de borboleta identificada nos anos 1700 que acabou se tornando na verdade 10 espécies separadas.
Fixar definições de espécies obscuras tem ramificações fora da academia. Pode dar aos cientistas e legisladores uma melhor percepção dos números e da saúde de uma espécie, informação crucial para protegê-los, diz Craig Hilton-Taylor, que administra a "Lista Vermelha" da União Internacional para a Conservação da Natureza. Enquanto a organização conta com diferentes grupos de especialistas que podem trabalhar a partir de diferentes perspectivas sobre a melhor forma de definir uma espécie, o código de barras do DNA tem ajudado muitos desses grupos a discriminar com mais precisão entre diferentes espécies.
"Pedimos a eles que pensem em todas as novas evidências genéticas que estão surgindo agora", diz Hilton-Taylor sobre os procedimentos da IUCN hoje.
Embora inovadora, a técnica de código de barras original tinha limitações. Por exemplo, só funcionou em animais, não em plantas, porque o gene COI não sofreu mutações rápidas o suficiente nas plantas. Em 2007, Kress ajudou a expandir a técnica de Hebert, identificando outros genes que sofrem mutações semelhantes rapidamente nas plantas, permitindo que estudos como o da savana ocorram.
Kress recorda como, a partir de 2008, ele e um ex-colega de seu ecologista Carlos García-Robledo, da Universidade de Connecticut, usaram DNA barcoding para comparar as várias plantas que diferentes espécies de insetos se alimentavam na floresta tropical da Costa Rica. Eles foram capazes de coletar insetos, triturá-los e rapidamente sequenciar o DNA de suas entranhas para determinar o que estavam comendo.
Anteriormente, García-Robledo e outros cientistas teriam que seguir tediosamente os insetos e documentar suas dietas. “Pode levar anos para um pesquisador entender completamente as dietas de uma comunidade de insetos herbívoros em uma floresta tropical sem a ajuda de códigos de barras de DNA”, disse Garcá-Robledo ao Smithsonian Insider em uma entrevista em 2013.
Desde então, eles conseguiram estender essa pesquisa observando como o número de espécies e suas dietas diferem em altitudes diferentes, e como o aumento das temperaturas da mudança climática pode impactar isso, pois as espécies são forçadas a se mover cada vez mais alto. "Desenvolvemos uma rede completa e complexa de como insetos e plantas estão interagindo, o que era impossível fazer antes", diz Kress.
"De repente, de uma maneira muito mais simples, usando o DNA, podemos rastrear, quantificar e repetir esses experimentos e entender essas coisas de uma maneira muito mais detalhada", acrescenta. Kress e outros pesquisadores estão agora também usando códigos de barras para analisar amostras de solo para as comunidades de organismos que os habitam, diz ele. O código de barras também é promissor para ajudar a identificar remanescentes de material genético encontrado no meio ambiente.
"Para os ecologistas", diz Kress, "o código de barras do DNA está realmente abrindo uma maneira completamente diferente de rastrear coisas em habitats onde não conseguimos rastreá-los antes".
Ao permitir que os cientistas examinassem um gene específico em vez de sequenciar genomas inteiros e compará-los, Hebert esperava que seu método permitisse que a análise genética e a identificação fossem realizadas de maneira muito mais rápida e barata do que o sequenciamento completo. "Os últimos 14 anos mostraram que ele funciona muito mais eficientemente e é muito mais simples de implementar do que eu esperava", diz ele agora.
Mas ele ainda vê espaço para o progresso. "Estamos realmente lidando com dados inadequados em termos de abundância e distribuição de espécies", diz Hebert sobre conservacionistas agora. A rápida melhoria da tecnologia para analisar amostras de DNA mais rapidamente e com menor quantidade de material emparelhado com DNA barcoding oferece uma saída, diz Hebert, com scanners modernos já capazes de ler centenas de milhões de pares de base em horas, comparado aos milhares de pares de base que poderiam ser lido nesse mesmo tempo pela tecnologia anterior.
Hebert prevê um futuro onde o DNA é coletado e sequenciado automaticamente a partir de sensores em todo o mundo, permitindo que os conservacionistas e taxonomistas acessem grandes quantidades de dados sobre a saúde e a distribuição de várias espécies. Ele está trabalhando agora para organizar uma biblioteca mundial de códigos de barras de DNA que os cientistas podem usar para identificar rapidamente um espécime desconhecido - algo como um Pokedex da vida real.
“Como você preveria a mudança climática se estivesse lendo a temperatura em um ponto do planeta ou um dia por ano?”, Ressalta Hebert. "Se vamos levar a sério a conservação da biodiversidade, basta mudar completamente nossas visões sobre a quantidade de monitoramento que será necessária".
