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Novas descobertas podem explicar os hotspots de biodiversidade em regiões tectonicamente tranquilas.
Se pudéssemos rebobinar a fita da evolução das espécies ao redor do mundo e avançá-la ao longo de centenas de milhões de anos até os dias atuais, veríamos a biodiversidade se agrupando em torno de regiões de turbulência tectônica. Regiões tectonicamente ativas, como o Himalaia e as montanhas andinas, são especialmente ricas em flora e fauna devido às suas paisagens mutáveis, que agem para dividir e diversificar as espécies ao longo do tempo.
Mas a biodiversidade também pode florescer em algumas regiões geologicamente mais calmas, onde a tectônica não abala a terra há milênios. As Montanhas Apalaches são um excelente exemplo: a cordilheira não tem visto muita atividade tectônica em centenas de milhões de anos e, no entanto, a região é um notável hotspot de biodiversidade de água doce.
Agora, um estudo do MIT identifica um processo geológico que pode moldar a diversidade de espécies em regiões tectonicamente inativas. Em um papel que aparece em Ciênciaos pesquisadores relatam que a erosão do rio pode ser um impulsionador da biodiversidade nesses ambientes mais antigos e silenciosos.
Eles defendem os Apalaches do sul, e especificamente a Bacia do Rio Tennessee, uma região conhecida por sua enorme diversidade de peixes de água doce. A equipe descobriu que, à medida que os rios erodiam através de diferentes tipos de rocha na região, a mudança da paisagem empurrava uma espécie de peixe conhecida como greenfin darter para diferentes afluentes da rede fluvial. Com o tempo, essas populações separadas se desenvolveram em suas próprias linhagens distintas.
A equipe especula que a erosão provavelmente levou a espécie a se diversificar. Embora as populações separadas pareçam externamente semelhantes, com as barbatanas tingidas de verde características do greenfin darter, elas diferem substancialmente em sua composição genética. Por enquanto, as populações separadas são classificadas como uma única espécie.
“Dê mais tempo a esse processo de erosão e acho que essas linhagens separadas se tornarão espécies diferentes”, diz Maya Stokes PhD ’21, que realizou parte do trabalho como estudante de pós-graduação no Departamento de Ciências da Terra, Atmosféricas e Planetárias do MIT ( EAPS).
O darter verde pode não ser a única espécie a diversificar como consequência da erosão do rio. Os pesquisadores suspeitam que a erosão pode ter levado muitas outras espécies a se diversificar em toda a bacia e possivelmente em outras regiões tectonicamente inativas ao redor do mundo.
“Se pudermos entender os fatores geológicos que contribuem para a biodiversidade, podemos fazer um trabalho melhor para conservá-la”, diz Taylor Perron, professor Cecil e Ida Green de Ciências da Terra, Atmosféricas e Planetárias no MIT.
Os coautores do estudo incluem colaboradores da Yale University, Colorado State University, University of Tennessee, University of Massachusetts em Amherst e Tennessee Valley Authority (TVA). Stokes é atualmente professor assistente na Florida State University.
peixes em arvores
O novo estudo surgiu do trabalho de doutorado de Stokes no MIT, onde ela e Perron estavam explorando conexões entre geomorfologia (o estudo de como as paisagens evoluem) e biologia. Eles encontraram o trabalho em Yale de Thomas Near, que estuda linhagens de peixes de água doce norte-americanos. Near usa dados de sequência de DNA coletados de peixes de água doce em várias regiões da América do Norte para mostrar como e quando certas espécies evoluíram e divergiram umas em relação às outras.
Near trouxe uma observação curiosa para a equipe: um mapa de distribuição de habitat do greenfin darter mostrando que o peixe foi encontrado na bacia do rio Tennessee – mas apenas na metade sul. Além do mais, Near tinha dados de sequência de DNA mitocondrial mostrando que as populações de peixes pareciam ser diferentes em sua composição genética, dependendo do afluente em que foram encontrados.
Para investigar as razões desse padrão, Stokes coletou amostras de tecido de greenfin darter da extensa coleção de Near em Yale, bem como do campo com a ajuda de colegas da TVA. Ela então analisou as sequências de DNA de todo o genoma e comparou os genes de cada peixe individual com todos os outros peixes no conjunto de dados. A equipe então criou uma árvore filogenética do greenfin darter, com base na semelhança genética entre os peixes.
A partir dessa árvore, eles observaram que os peixes dentro de um afluente estavam mais relacionados entre si do que com peixes em outros afluentes. Além disso, os peixes de afluentes vizinhos eram mais semelhantes entre si do que os peixes de afluentes mais distantes.
“Nossa pergunta era: poderia ter havido um mecanismo geológico que, ao longo do tempo, pegou essa única espécie e a dividiu em grupos diferentes e geneticamente distintos?” Perron diz.
Uma paisagem em mudança
Stokes e Perron começaram a observar uma “estreita correlação” entre os habitats dos greenfin darter e o tipo de rocha onde são encontrados. Em particular, grande parte da metade sul da bacia do rio Tennessee, onde a espécie abunda, é feita de rocha metamórfica, enquanto a metade norte consiste em rocha sedimentar, onde os peixes não são encontrados.
Eles também observaram que os rios que correm através da rocha metamórfica são mais íngremes e estreitos, o que geralmente cria mais turbulência, uma característica que os dardos de barbatana verde parecem preferir. A equipe se perguntou: a distribuição do habitat do greenfin darter poderia ter sido moldada por uma paisagem em mudança do tipo de rocha, à medida que os rios erodiram a terra ao longo do tempo?
Para verificar essa ideia, os pesquisadores desenvolveram um modelo para simular como uma paisagem evolui à medida que os rios erodem através de vários tipos de rocha. Eles alimentaram o modelo com informações sobre os tipos de rochas na bacia do rio Tennessee hoje, depois executaram a simulação de volta para ver como a mesma região pode ter sido há milhões de anos, quando mais rochas metamórficas foram expostas.
Eles então executaram o modelo adiante e observaram como a exposição da rocha metamórfica encolheu com o tempo. Eles tomaram nota especial de onde e quando as conexões entre os afluentes cruzavam a rocha não metamórfica, bloqueando a passagem de peixes entre esses afluentes. Eles traçaram uma linha do tempo simples desses eventos de bloqueio e a compararam com a árvore filogenética de dardos verdes divergentes. Os dois eram notavelmente semelhantes: os peixes pareciam formar linhagens separadas na mesma ordem em que seus respectivos afluentes se separavam dos outros.
“Isso significa que é plausível que a erosão através de diferentes camadas rochosas tenha causado o isolamento entre diferentes populações do darter verde e causado a diversificação das linhagens”, diz Stokes.
Esta pesquisa foi apoiada, em parte, pelo Terra Catalyst Fund e pela US National Science Foundation por meio do AGeS Geochronology Program e do Graduate Research Fellowship Program. Enquanto estava no MIT, Stokes recebeu apoio por meio da Martin Fellowship for Sustainability e da Hugh Hampton Young Fellowship.
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