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Muitos animais evoluíram para tolerar ambientes extremos, incluindo a capacidade de sobreviver às pressões esmagadoras das fossas oceânicas, ao calor implacável dos desertos e ao oxigênio limitado no alto das montanhas. Esses animais geralmente são altamente especializados para viver nesses ambientes específicos, limitando-os a se mudar para novos locais. No entanto, existem raros exemplos de espécies que viveram em ambientes hostis, mas desde então colonizaram ambientes mais temperados. Angel Rivera-Colón, ex-aluno de pós-graduação agora pós-doutorado no laboratório de Julian Catchen (CIS/GNDP), professor associado do departamento de Evolução, Ecologia e Comportamento da Universidade de Illinois Urbana-Champaign, explora os mecanismos genéticos subjacentes esta anomalia em peixes nototenóides antárticos.
Os nototenóides antárticos, ou crionototenóides, evoluíram para viver em águas geladas ao redor da Antártida, onde a maioria dos peixes congelaria se expostos a temperaturas tão frias. No entanto, os peixes crionototenóides são capazes de sobreviver nessas águas devido às glicoproteínas anticongelantes que produzem em suas células. Os AGFPs ligam-se a qualquer cristal de gelo que se forme, impedindo-os de crescer e de congelar as células.
Os peixes-gelo antárticos, uma família dentro dos crionototenóides, são ainda mais especializados para viver nas águas geladas. Os peixes-gelo também são os únicos vertebrados que se adaptaram para viver sem hemoglobina em suas células sanguíneas, fazendo com que suas células e tecidos sejam translúcidos/brancos. A hemoglobina é uma proteína nas células sanguíneas que ajuda a aumentar a captação de oxigênio e resulta na coloração vermelha das células. Normalmente, os animais precisam de hemoglobina para obter oxigênio suficiente, mas nas águas frias e ricas em oxigênio ao redor da Antártida, os peixes-gelo desenvolveram mudanças morfológicas, como corações maiores para bombear sangue, que não precisam mais de hemoglobina para obter oxigênio suficiente.
Apesar desta extrema especialização, uma espécie de icefish chamada Champsocéfalo esox, ou o pike icefish, escapou da Antártica e agora vive em águas sul-americanas mais quentes e menos oxigenadas. “O movimento desta espécie para águas mais quentes representa um mistério evolutivo interessante que eu queria tentar resolver”, disse Rivera-Colón. “Se você é especializado para viver apenas em ambientes muito frios, como você sobrevive e se adapta a esse novo ambiente mais quente?”
Para entender como o genoma do peixe mudou à medida que ele migrou para águas mais quentes, Rivera-Colón comparou a genética do lúcio-gelo com a de uma espécie antártica de peixe-gelo. C. gunnari. A equipe coletou amostras de tecidos coletadas por colaboradores e pescadores do sul do Chile, Geórgia do Sul e Ilhas Sandwich para sequenciar os genomas.
“Esta é a primeira vez que observamos o genoma de uma espécie nototenióide que escapou da Antártica para este novo ambiente temperado. Grande parte disso é porque o peixe-gelo lúcio é muito raro e evasivo, então a ajuda desses pescadores também como colaboradores para coleta de amostras foi indispensável.” disse Rivera-Colón. Os pesquisadores usaram sequenciamento contínuo de leitura longa para gerar um genoma em nível de cromossomo para cada espécie de peixe.
Depois de comparar os genomas, eles descobriram que, embora o genoma fosse altamente conservado entre as espécies, havia divergência em áreas do genoma do peixe-gelo associado à fisiologia que precisaria mudar à medida que o peixe se mudasse para águas mais quentes. Surpreendentemente, o genoma do pike icefish ainda continha várias cópias do gene que codifica AGFPs, mas os genes estavam cheios de mutações que podem torná-lo não funcional.
“A maioria dos genes tinha códons de parada inseridos”, explicou Catchen. “Supondo que tudo funcione como esperávamos, não os veríamos transcritos em AGFPs. Mas os genes ainda estão lá e presumivelmente ainda podem estar ativos. Não temos certeza.” Os pesquisadores dizem que, embora as mutações nesse gene em crionototenóides de água fria possam significar a morte se o gene não funcionar mais, em águas mais quentes, a seleção desse gene no peixe-gelo-lúcio teria diminuído, pois o peixe não precisaria mais se prevenir de congelando.
Os pesquisadores também descobriram que o genoma do pike icefish exibia inversões cromossômicas – quando parte do cromossomo muda de orientação. “Sabemos que as inversões e outras mudanças cromossômicas podem ser muito importantes para mediar processos adaptativos, bem como criar barreiras entre as espécies”, explicou Rivera-Colón. “Encontrá-los aqui sugere que eles podem ser importantes para a adaptação ao ambiente mais quente da América do Sul”. Rivera-Colón explicou ainda que as inversões podem dificultar a mistura das duas espécies, acelerando a especiação entre as espécies irmãs, apesar de terem se separado há menos de 2 milhões de anos.
Além de evoluir para viver em águas mais quentes, o lúcio-gelo também precisaria se adaptar a um ambiente de luz diferente. O mar ao redor da Antártida é escuro na maior parte do ano, e o gelo da superfície bloqueia grande parte da luz. Mas em águas temperadas, os peixes-gelo apresentam um ciclo diurno-noturno mais normal. A equipe está atualmente examinando a expressão gênica em peixes relacionados para ver como sua fisiologia e ritmos circadianos se adaptaram a esses novos ciclos de luz.
Os pesquisadores também planejam olhar para os genomas e mitocôndrias de outro par de espécies relacionadas, Trematomus borchgrevinki e Notothenia angustata. Semelhante a este estudo, T. borchgrevinki vive nas águas frias da Antártica, enquanto N. angusta secundariamente fez a transição para viver em águas quentes na costa da Nova Zelândia. O estudo atual, bem como este estudo planejado sobre o outro par de espécies, ajudará os pesquisadores a entender melhor como espécies altamente especializadas para viver em determinados ambientes podem escapar e se adaptar a novos ambientes.
“Acho que um dos aspectos realmente interessantes deste estudo é que ele desafia a forma como contamos histórias sobre ‘por que a evolução agiu da maneira que agiu’”, descreveu Catchen. “Usamos a história clássica do peixe-gelo para explicar a perda de hemoglobina devido às águas frias e oxigenadas em que ele se especializou, mas então você tem essa espécie que escapou de volta às temperaturas normais e está se saindo bem. A seleção levou um organismo ao extremo em nesta direção, e então o ambiente mudou, e agora está sendo empurrado em uma direção diferente.”
Rivera-Colón acrescentou: “Nosso estudo apenas mostra que essa especialização para o frio extremo não é um beco sem saída evolutivo e ajuda a explicar como essas transições acontecem na natureza”.
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