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Como o próprio nome indica, o peixinho Devil’s Hole vive em um ambiente verdadeiramente infernal.
Confinados a uma única caverna profunda de calcário no deserto de Mojave, em Nevada, 263 deles vivem em águas que giram em torno de 93 graus Fahrenheit durante todo o ano, com recursos alimentares tão escassos que estão sempre à beira da fome e com níveis de oxigênio tão baixos que a maioria dos outros peixes morreria imediatamente. O peixinho, Cyprinodon diabolisvivem no menor habitat de qualquer vertebrado conhecido.
Novas pesquisas agora documentam o efeito extremo que essas condições severas e isoladas tiveram na diversidade genética desse peixe.
Em artigo publicado esta semana na revista Anais da Royal Society B, Universidade da Califórnia, Berkeley, biólogos relatam as primeiras sequências completas do genoma de oito espécies de filhotes do sudoeste americano – 30 indivíduos ao todo, incluindo oito filhotes de Devils Hole. Surpreendentemente, o filhote de Devils Hole é tão consanguíneo que 58% dos genomas desses oito indivíduos são idênticos, em média.
“Altos níveis de endogamia estão associados a um maior risco de extinção, e a endogamia no filhote de Devils Hole é igual ou mais grave do que os níveis relatados até agora em outras populações naturais isoladas, como os lobos da Ilha Royale em Michigan, gorilas da montanha na África e tigres indianos”, disse o pesquisador Christopher Martin, professor associado de biologia integrativa da UC Berkeley e curador de ictiologia no Museu de Zoologia de Vertebrados do campus. “Embora não tenhamos sido capazes de medir diretamente a aptidão, o aumento da endogamia nesses filhotes provavelmente resulta em uma redução substancial na aptidão”.
Outras espécies de filhotes também são consanguíneas, descobriram os pesquisadores, mas apenas entre 10% e 30% de seus genomas são idênticos.
O estudante de pós-graduação David Tian, principal autor do estudo, disse que o nível de endogamia no filhote de Devils Hole é equivalente ao que aconteceria se quatro a cinco gerações de irmãos acasalassem entre si. Isso tende a queimar ou corrigir, em vez de eliminar, mutações prejudiciais, potencialmente condenando uma população à extinção por fusão mutacional. A espécie de filhote de Devils Hole está atualmente se saindo bem na natureza e em populações em cativeiro ou “refúgio”, mas essa baixa diversidade genética pode significar problemas à medida que as mudanças climáticas e os impactos humanos se tornam maiores.
Diante dessas ameaças potenciais, as novas sequências genômicas ajudarão cientistas e conservacionistas a avaliar a saúde das populações nativas de filhotes e potencialmente intervir em populações de refúgio para aumentar a diversidade genética dessas espécies – o filhote de Devils Hole, em particular.
“Com esses novos dados genômicos, há muito potencial para analisar não apenas a diversidade genética e como essas espécies estão relacionadas filogeneticamente, mas também a endogamia e a carga de mutação para ter uma ideia de qual é seu status atual, como a história evolutiva pode ter influenciado sua variação genética atual e pense sobre para onde a população está indo e o que devemos fazer, se alguma coisa, para preservar essas espécies”, disse Tian.
Declínio da população e resgate
As espécies de filhotes estão espalhadas pelo mundo e tendem a gostar de lagos e nascentes isolados, muitas vezes com condições extremas que a maioria dos peixes acharia insustentável. Cerca de 30 espécies habitam nascentes e riachos quentes e salgados do deserto na Califórnia e Nevada. Martin estudou várias populações de filhotes, incluindo várias na Ilha de San Salvador, nas Bahamas, para entender a genética por trás de sua adaptação a condições extremas e nichos ecológicos incomuns.
O filhote de Devils Hole, no entanto, é único em sua pequena extensão e existência perigosa, disse Martin, tornando sua população flutuante na natureza preocupante para os conservacionistas.
“Parte da questão sobre esses declínios é se eles podem ser devidos à saúde genética da população”, disse Martin. “Talvez os declínios sejam porque existem mutações prejudiciais que se tornaram fixas porque a população é muito pequena.”
A pequena população é em parte resultado de incursões humanas em seu habitat, observou Martin. Fazendeiros e desenvolvedores locais bombearam águas subterrâneas na região nas décadas de 1960 e 1970, o que reduziu drasticamente o nível da água em Devils Hole, levando a uma queda nos níveis populacionais. Uma decisão da Suprema Corte de 1976 que permitiu ao governo federal limitar o bombeamento de água subterrânea salvou Devils Hole e a população residente, enquanto a reprodução em cativeiro em uma piscina próxima de 100.000 galões no Refúgio Nacional de Vida Selvagem de Ash Meadows resgatou a espécie. No entanto, um declínio na década de 1990 levou a população selvagem ao seu ponto mais baixo em 2013: 35 indivíduos. A população selvagem desde então se recuperou, enquanto a população de refúgio aumentou para cerca de 400, o dobro da população selvagem.
Os seres humanos não são totalmente culpados pela falta de diversidade genética no filhote de Devils Hole, no entanto. Os pesquisadores da UC Berkeley também sequenciaram o genoma de um filhote coletado em 1980 e mantido na Universidade de Michigan. Mostrou endogamia e falta de diversidade genética semelhante à encontrada em indivíduos coletados recentemente, a maioria dos quais morreu de morte natural. Isso implica que o filhote provavelmente viu gargalos populacionais com frequência ao longo de centenas, senão milhares, de anos.
Um resultado disso, descobriram Martin e Tian, é que 15 genes desapareceram inteiramente do genoma do peixe-cachorro Devils Hole. Cinco deles parecem estar envolvidos na adaptação a viver em ambientes com pouco oxigênio ou hipóxicos.
“Essas deleções são um paradoxo, porque este é um habitat onde você está mais exposto à hipóxia”, disse Martin. “Pode ter algo a ver com a estabilidade do habitat ao longo do tempo. Mas parece-nos que a via de hipóxia está quebrada. Uma vez que você quebra um gene, não importa se você quebra genes adicionais nessa via regulatória. Nosso trabalho futuro é realmente olhar para o que essas deleções fazem. Elas aumentam a tolerância à hipóxia? Elas diminuem a tolerância à hipóxia? Acho que esses dois cenários são igualmente plausíveis neste momento.”
A reprodução seletiva dentro de uma população em cativeiro de filhotes de Devils Hole pode ajudar a aumentar a diversidade e talvez salvar a espécie de uma eventual extinção, disse ele. E para restaurar os genes já perdidos, a edição do genoma CRISPR pode adicioná-los de volta.
O fato de que o genoma do peixe coletado em 1980 era tão endogâmico quanto o peixe de hoje é “talvez uma boa notícia”, disse Martin, “na medida em que a população tem sido historicamente altamente endogâmica com diversidade genética muito baixa, sugerindo que o recente declínio na os anos 90, com gargalos populacionais para apenas 35 peixes em 2013 e 38 peixes em 2007, não parece ter tido muito efeito.”
Tian está atualmente analisando cerca de 150 sequências completas do genoma de nove espécies de filhotes americanos para obter uma imagem mais completa das mutações deletérias e deleções de genes nas várias populações do sudoeste. Ele vê o estudo como um exemplo do que a genômica de conservação pode fazer por populações ameaçadas e possivelmente endogâmicas em todo o mundo.
“Estamos em um ponto muito legal quando se trata de usar dados genômicos e aplicá-los à conservação, especialmente em um momento em que é um problema que provavelmente só piorará com as mudanças climáticas e o aumento da fragmentação do habitat e apenas mudanças antropogênicas. ” ele disse.
Tian desconfia de intervenções genéticas, no entanto, já que pouco se sabe sobre como os genes influenciam as características físicas e comportamentais de uma espécie e como isso se relaciona com a aptidão e adaptação a um ambiente específico. A conservação ainda deve ser uma prioridade.
“A resposta ainda é aumentar o financiamento para essas populações, proteger habitats, vias legais para proteger essas espécies e descobrir maneiras de os seres humanos e essas espécies ameaçadas coexistirem neste planeta”, disse ele.
Os co-autores com Martin e Tian são Austin Patton da UC Berkeley e Bruce Turner da Virginia Tech em Blacksburg. O trabalho é financiado pelo US Fish and Wildlife Service, National Park Service, National Science Foundation (1749764) e National Institutes of Health (5R01DE027052-02).
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