Cientistas da ISTA preveem e testemunham a evolução em um experimento de 30 anos com caracóis marinhos
Os caracóis de uma pequena ilhota rochosa evoluíram diante dos olhos dos cientistas. Os caracóis marinhos foram reintroduzidos depois que uma proliferação de algas tóxicas os eliminou do recife. Embora os investigadores tenham trazido intencionalmente uma população distinta da mesma espécie de caracol, esta evoluiu para se assemelhar notavelmente à população perdida há mais de 30 anos. O estudo, liderado por pesquisadores do Instituto de Ciência e Tecnologia da Áustria (ISTA) e da Universidade Norueguesa Nord, é publicado em Avanços da Ciência.
Estamos em 1988. O arquipélago de Koster, um grupo de ilhas ao largo da costa oeste sueca, perto da fronteira com a Noruega, é atingido por uma proliferação particularmente densa de algas tóxicas, destruindo as populações de caracóis marinhos. Mas por que alguém se importaria com o destino de um bando de caracóis em uma rocha de três metros quadrados em mar aberto? Acontece que este evento abriria a oportunidade de prever e ver a evolução a desenrolar-se diante dos nossos olhos.
Antes, as ilhas e os seus pequenos recifes entremarés – ilhotas rochosas – eram o lar de densas e diversas populações de caracóis marinhos da espécie Praia de calhau. Embora as populações de caracóis das ilhas maiores – algumas das quais foram reduzidas a menos de 1% – tenham sido restauradas em dois a quatro anos, vários recifes não conseguiram recuperar deste duro golpe.
A ecologista marinha Kerstin Johannesson, da Universidade de Gotemburgo, na Suécia, viu uma oportunidade única. Em 1992, ela reintroduziu L. saxatilis caracóis para o seu habitat perdido no recife – iniciando uma experiência que teria implicações de longo alcance mais de 30 anos depois. Permitiu uma colaboração internacional liderada por investigadores do Instituto de Ciência e Tecnologia da Áustria (ISTA), da Universidade Nord, na Noruega, da Universidade de Gotemburgo, na Suécia, e da Universidade de Sheffield, no Reino Unido, para prever e testemunhar a evolução em curso.
Caracóis Onda e Caracóis Caranguejo
L. saxatilis é uma espécie comum de caracóis marinhos encontrada em toda a costa do Atlântico Norte, onde diferentes populações desenvolveram características adaptadas aos seus ambientes. Essas características incluem tamanho, formato da casca, cor da casca e comportamento. As diferenças entre essas características são particularmente marcantes entre o chamado ecótipo Craband Wave. Esses caracóis evoluíram repetidamente em diferentes locais, seja em ambientes expostos à predação por caranguejos ou em rochas expostas às ondas, longe dos caranguejos. Os caracóis ondulados são geralmente pequenos e têm uma concha fina com cores e padrões específicos, uma abertura grande e arredondada e um comportamento ousado. Os caracóis caranguejos, por outro lado, são surpreendentemente maiores, têm conchas mais grossas sem padrões e uma abertura menor e mais alongada. Os caracóis caranguejos também se comportam com mais cautela em seu ambiente dominado por predadores.
O arquipélago sueco Koster é o lar destes dois diferentes L. saxatilis tipos de caracóis, muitas vezes vizinhos uns dos outros na mesma ilha ou separados apenas por algumas centenas de metros através do mar. Antes da proliferação de algas tóxicas em 1988, os caracóis das ondas habitavam os recifes, enquanto as margens próximas eram o lar dos caracóis caranguejo e das ondas. Esta proximidade espacial seria crucial.
Redescobrindo traços antigos
Vendo que a população de caramujos ondulados dos recifes foi totalmente exterminada devido às algas tóxicas, Johannesson decidiu em 1992 reintroduzir caracóis em um desses recifes, mas do ecótipo Caranguejo. Com uma ou duas gerações por ano, ela esperava, com razão, que os caracóis caranguejos se adaptassem ao seu novo ambiente diante dos olhos dos cientistas. “Os nossos colegas viram evidências da adaptação dos caracóis já na primeira década da experiência”, diz Diego Garcia Castillo, estudante de pós-graduação do Grupo Barton do ISTA e um dos autores que lideram o estudo. “Ao longo dos 30 anos de experiência, fomos capazes de prever com robustez a aparência dos caracóis e quais regiões genéticas estariam implicadas. A transformação foi rápida e dramática”, acrescenta.
No entanto, os caracóis não desenvolveram essas características inteiramente do zero. A autora co-correspondente Anja Marie Westram, ex-pós-doutorado no ISTA e atualmente pesquisadora na Nord University, explica: “Parte da diversidade genética já estava disponível na população inicial de caranguejo, mas com baixa prevalência. Isso ocorre porque a espécie teve experiências semelhantes. condições no passado recente. O acesso dos caracóis a um grande pool genético impulsionou esta rápida evolução.”
A diversidade é a chave para a adaptação
A equipe examinou três aspectos ao longo dos anos do experimento: o fenótipo dos caracóis, as variabilidades genéticas individuais e as mudanças genéticas maiores que afetam regiões inteiras dos cromossomos, chamadas de “inversões cromossômicas”.
Nas primeiras gerações, os investigadores testemunharam um fenómeno interessante denominado “plasticidade fenotípica”: logo após o transplante, os caracóis modificaram a sua forma para se ajustarem ao novo ambiente. Mas a população também começou rapidamente a mudar geneticamente. Os pesquisadores puderam prever a extensão e a direção das alterações genéticas, especialmente para as inversões cromossômicas. Eles mostraram que a transformação rápida e dramática dos caracóis foi possivelmente devido a dois processos complementares: uma rápida seleção de características já presentes em baixa frequência na população transplantada de caracóis-caranguejo e o fluxo gênico de caracóis-ondulados vizinhos que poderiam simplesmente ter navegado mais de 160 metros. para chegar ao recife.
Evolução face à poluição e às alterações climáticas
Em teoria, os cientistas sabem que uma espécie com variação genética suficientemente elevada pode adaptar-se mais rapidamente às mudanças. No entanto, poucos estudos tiveram como objetivo experimentar a evolução ao longo do tempo na natureza. “Este trabalho permite-nos observar mais de perto a evolução repetida e prever como uma população poderia desenvolver características que evoluíram separadamente no passado em condições semelhantes”, diz Garcia Castillo.
A equipa quer agora aprender como as espécies podem adaptar-se aos desafios ambientais modernos, como a poluição e as alterações climáticas. “Nem todas as espécies têm acesso a grandes conjuntos genéticos e a evolução de novas características a partir do zero é tediosamente lenta. A adaptação é muito complexa e o nosso planeta também enfrenta mudanças complexas com episódios de extremos climáticos, alterações climáticas em rápido avanço, poluição e novos parasitas.” diz Westram. Ela espera que este trabalho impulsione mais pesquisas sobre a manutenção de espécies com composições genéticas grandes e diversas. “Talvez esta investigação ajude a convencer as pessoas a proteger uma série de habitats naturais para que as espécies não percam a sua variação genética”, conclui Westram.
Agora, os caracóis que Johannesson trouxe para o recife em 1992 atingiram uma população próspera de cerca de 1.000 indivíduos.
Publicação:
Diego Garcia Castillo, Nick Barton, Rui Faria, Jenny Larsson, Sean Stankowski, Roger Butlin, Kerstin Johannesson e Anja M. Westram. 2024. Prevendo a rápida adaptação no tempo a partir da adaptação no espaço: um experimento de campo de 30 anos em caracóis marinhos.Avanços da Ciência. DOI: 10.1126/sciadv.adp2102
Para melhor compreender processos fundamentais, por exemplo, nas áreas da neurociência, da imunologia ou da genética, a utilização de animais na investigação é indispensável. Nenhum outro método, como in silico modelos, podem servir como uma alternativa. Os animais são criados, mantidos e tratados de acordo com as rigorosas regulamentações dos respectivos países. A pesquisa com animais foi realizada na Suécia.
