DNA histórico tem potencial para revolucionar o conhecimento evolutivo das espécies
Unindo técnicas de biologia molecular, genômica e bioinformática, a museômica pode contribuir para o desenvolvimento de estratégias de conservação e para a recuperação de espécies perdidas
A museômica é um campo de estudo inédito que permite sequenciar o DNA histórico (hDNA) de tecidos preservados em museus. A técnica abre portas para analisar milhões de espécimes arquivados há décadas, que nunca foram incluídos em estudos moleculares.
Esse é o caso da perereca-de-campo-grande (Boana cymbalum), anfíbio anuro nativo da Mata Atlântica brasileira coletado pela última vez na década de 1960. Ela é uma de apenas duas rãs brasileiras que são consideradas formalmente extintas. “As duas espécies eram da Serra de Paranapiacaba (SP), região que no passado recebeu a poluição de Cubatão”, relata Daniel Nakamura, biólogo e doutorando em Bioinformática pelo Instituto de Biociências (IB) da USP.
Taran Grant, professor no Departamento de Zoologia do IB e orientador do trabalho, foi pioneiro ao instalar o primeiro laboratório de museômica de anfíbios do Brasil. Os pesquisadores utilizaram o hDNA para testar a posição filogenética da perereca: com base nos resultados, foi possível desenvolver um relato sistemático de B. Cymbalum, propor mudanças taxonômicas e atualizar a morfologia comparada dentre o gênero Boana – o que modificou a classificação de duas espécies próximas. “Para entender a diversidade e o tipo de ameaça que as espécies atuais podem estar enfrentando – como enfrentar essas ameaças, e quais medidas podem protegê-las – é importantíssimo entender como espécies extintas estão relacionadas filogeneticamente com as viventes”, afirma o professor.
Os cientistas também sequenciaram amostras coletadas entre 1950 e 1980 do complexo de rãs Dendropsophus araguaia, a fim de reduzir a inflação taxonômica do grupo – ou seja, uma descrição exagerada de espécies que não corresponde à realidade. Três espécies do clado D. rubicundulus, antes consideradas distintas, foram unificadas como a espécie sênior D. Cerradensis.
As três pareciam restritas a localidades específicas, e a nova classificação expande a sua área de distribuição geográfica. “Antes, o status de conservação era avaliado como ‘dados deficientes’. Agora pode ser considerado pouco preocupante”, celebra Daniel.
Segundo Grant, a técnica está revolucionando a forma como as coleções científicas são valorizadas.
“Durante os últimos 40 anos, com o crescimento da ciência molecular, a coleção de material antigo não tinha muito valor. Com essa tecnologia, os museus de história natural retornam para um lugar central nos estudos de biodiversidade: é uma enciclopédia que viemos construindo há séculos”
Taran Grant
Como trabalhar com arquivo museológico?
A ideia de recuperar sequências de DNA de espécies extintas cativa pesquisadores desde 1984, quando pequenos fragmentos de um Quaga, subespécie extinta de zebra-da-planície, foram recuperados. Durante décadas, a pesquisa permaneceu restrita a seres humanos e mamíferos.
Aplicar a museômica em coleções úmidas, como anfíbios e peixes, é uma tarefa mais trabalhosa: “Eles passaram pelo formol para preservar a morfologia muito tempo atrás, e isso acelera a degradação do DNA”, explica Daniel. Os espécimes são preservados em solução de etanol 70%, porém muitos museus não têm condições de climatização adequadas para anfíbios – o material pode ser exposto à luminosidade, calor, entre outras interferências. “Isso causa evaporação do álcool e aumenta a concentração da água, o que é fatal para o DNA”, complementa Grant.
A coleta dos exemplares utilizados nos dois trabalhos foi feita por Werner Buckermann, herpetólogo do século 20 que trouxe diversos exemplares da fauna para o Museu de Zoologia da USP – Foto: Marcos Santos/USP Imagens
O processo de análise do material genético é lento. Primeiro, o cientista extrai o DNA do tecido em laboratório especializdo, para minimizar a contaminação cruzada. Em seguida, ele monta as bibliotecas de DNA, utilizando uma técnica denominada “DNA de cadeia única”. “Também usamos enzimas específicas para tratar mutações que o material sofre após a morte”, realça Daniel.
Depois vem a etapa de mapeamento: ele utiliza uma sequência de referência de um grupo externo (espécie próxima geneticamente) para alinhar esses dados com o DNA disponível. Feito isso, é possível saber onde a espécie se localiza na linha evolutiva.
Quando o material arquivado em museus tinha apenas a função de observação morfológica, a climatização dos ambientes não era uma prioridade. “Hoje entendemos que é essencial investir nas coleções para garantir não apenas a integridade morfológica, mas também a integridade genética dos exemplares”, afirma o professor. Esse cuidado inclui separar um pedaço de músculo ou fígado dos holótipos (espécimes de referência principal) e congelar o tecido numa coleção criogênica. Segundo ele, essa é uma forma de interromper o processo de degradação e minimizar perdas em pesquisas futuras.
O sofrimento da Mata Atlântica
Presente em 17 Estados brasileiros, a Mata Atlântica é reconhecida como a formação florestal com mais biodiversidade do Brasil. Assim como B. cymbalum, 40% das espécies do bioma são endêmicas – ocorrem naturalmente naquela região e não são encontradas em nenhum outro lugar do mundo. Segundo o Instituto Chico Mendes de Conservação da Biodiversidade (ICMBio), 14,66% da fauna encontra-se ameaçada de extinção, pois quase 90% da vegetação original foi desmatada e mais da metade de seus remanescentes estão cercados por assentamentos humanos ou centros industriais.
Durante as décadas de 1970 e 1980, a atividade industrial do polo petroquímico de Cubatão depositou grande quantidade de poluição em diversas áreas da Mata Atlântica, tornando-a, segundo os pesquisadores, “o ecossistema florestal mais poluído em relação a enxofre, nitrogênio e flúor”. A Reserva Biológica do Alto da Serra de Paranapiacaba (Rebio) está localizada nas proximidades de Campo Grande da Serra – localidade-tipo de B. cymbalum – e a 14 km de Cubatão.
Segundo Grant, anfíbios são extremamente suscetíveis à mudanças ambientais, pois eles respiram através da pele. “Ao invés de investir evolutivamente na defesa mecânica, eles investiram na defesa química – são excelentes na contra patógenos, mas isso não ajuda contra a poluição”, explica. Uma pesquisa anterior sobre a espécie Rhinella ornata, popular sapo-cururu, evidenciou que a poluição pode causar alterações anatômicas nos sapos, como hipertrofia de órgãos relacionados à desintoxicação ou à resposta imune.
Um futuro incerto
Além de organizar sua filogenia, os pesquisadores redescreveram a vocalização da perereca-de-campo-grande. Popularmente conhecida como coaxo, ela é uma ferramenta comunicativa utilizada pelo macho para defender o território e atrair fêmeas. “Isso é fundamental para reprodução e para a evolução dos anuros, e tem a ver também com a ecologia – alguns predadores que se orientam pelo canto”, explica Grant. Outra descoberta foi referente ao prepólex da rã, um tipo de “espinho” na mão que ela utiliza para se defender.
Desde 2023, B. cymbalum é classificada como extinta de acordo com a Lista Vermelha de Espécies Ameaçadas da União Internacional para Conservação da Natureza (IUCN). “A extinção na ciência é extremamente complicada para concluir, pois a ausência de evidências não é evidência de ausência”, diz Grant. Para ele, mais trabalho de campo ainda é necessário para avaliar se populações permanecem perto de Campo Grande da Serra.
Uma perspectiva futura para esse estudo reside no DNA ambiental (aDNA), presente nas plantas, na água e no solo. Daniel explica o passo a passo necessário para analisar aDNA: “Primeiro coletamos a amostra [de água], depois extraímos o DNA através de bioinformática, sequenciamos os fragmentos e alinhamos com o material genético da espécie que estamos procurando”. Isso permite investigar se uma espécie habitou determinada área e, possivelmente, encontrar grupos remanescentes.
Os artigos Historical DNA Places an Apparently Extinct Gladiator Frog in the Phylogeny of the Boana pulchella Group (Anura: Hylidae) e Museomics reduces taxonomic inflation in the Dendropsophus araguaya complex (Hylinae: Dendropsophini) estão disponíveis on-line.
Mais informações: dani_ymn@usp.br, com Daniel Nakamura, e taran.grant@ib.usp.br, com Taran Grant
*Estagiária sob orientação de Fabiana Mariz
*Estagiária sob orientação de Moisés Dorado
