O estudo do DNA do leopardo na África do Sul traça a ancestralidade da era glacial

O estudo do DNA do leopardo na África do Sul traça a ancestralidade da era glacial – e orientará a conservação

Crédito:Domínio Público CC0

Uma era glacial há quase um milhão de anos levou a um encontro entre leopardos da África Central e Austral que procuravam pastagens. Uma nova investigação sobre a genética dos leopardos – o seu mitogenoma – revelou que os descendentes destes dois grupos são os leopardos encontrados hoje na província de Mpumalanga, na África do Sul. Uma das pesquisadoras, a ecologista molecular Laura Tensen, estuda a estrutura genética dos leopardos sul-africanos há 14 anos. Ela explica como a nova pesquisa pode ser usada para ajudar a conservar os grandes felinos ameaçados de extinção.

O que é um mitogenoma?

O DNA é encontrado no núcleo das células e também no genoma mitocondrial, ou mitogenoma. Mitogenomas são moléculas de DNA que flutuam fora do núcleo de uma célula. Eles armazenam seu próprio conjunto de informações genéticas e são herdados pela mãe, o que significa que só são transmitidos de mãe para filho.

Os mitogenomas são uma "captura acessória genômica" ao sequenciar todo o genoma. Eles são tão abundantes nas células que é muito fácil extraí-los.

Estudar mitogenomas é uma forma confiável de rastrear a ancestralidade de uma espécie. Isso ocorre porque os genes sofrem mutação (mudança) a uma taxa regular ao longo do tempo. As mudanças no mitogenoma fornecem uma imagem da evolução do leopardo ao longo de centenas de milhares de anos.

Como testar o mitogenoma de um leopardo?

Recolhemos amostras de tecido de nove leopardos em Mpumalanga, na África do Sul, que foram atropelados por carros e mortos. Infelizmente isso ainda ocorre muito. Em áreas não protegidas, os atropelamentos são responsáveis por toda a mortalidade acidental de leopardos.

As amostras foram levadas para o laboratório Wildlife Genomics da Universidade de Joanesburgo e armazenadas a -20°C antes da extração do DNA.

Para recuperar o mitogenoma, sequenciamos todo o genoma nuclear. Quando os cientistas sequenciam um genoma nuclear completo, permitem-lhes descobrir a sequência de ADN de cada gene no genoma de um organismo de uma só vez. Isso nos permite descobrir exatamente o que esses genes codificam. Por exemplo, em leopardos vermelhos, encontramos o gene e a mutação que causam a cor vermelha. Também conseguimos determinar quais genes herdados podem causar problemas de saúde no leopardo vermelho. Poderíamos usar a mesma técnica para encontrar genes que tornem os dois clados (grupos de leopardos aparentados) únicos ou melhor adaptados aos ambientes locais.

Depois de extrair os mitogenomas dos dados, nós os reunimos e os alinhamos a um genoma de referência – um que já possui as posições exatas de todos os genes. O genoma de referência foi aquele que foi previamente sequenciado e armazenado em um banco de dados online, o Genbank, que é a coleção de todas as sequências de DNA disponíveis publicamente.

Em seguida, baixamos muitos outros mitogenomas de bancos de dados on-line, fornecidos por estudos anteriores, para comparar nossas amostras da África do Sul com o resto do continente.

Ao fazer isso, conseguimos descobrir como as mutações que surgiram ao longo do tempo foram classificadas no espaço geográfico. Algumas das amostras eram de museus de história natural, coletadas há até 150 anos. Eles representavam a estrutura genética dos leopardos antes de seus habitats serem destruídos pelos humanos.

O que você encontrou?

Descobrimos que os leopardos sul-africanos originaram-se de dois clados (ou subfamílias) únicos que foram encontrados na África Austral e Central há aproximadamente 0,8 milhões de anos. É provável que estes clados tenham surgido durante o Pleistoceno Médio, um período entre 1,6 milhões e 0,52 milhões de anos atrás, quando o mundo viveu um clima instável.

Conseguimos estabelecer isso medindo a linha do tempo evolutiva, ou seja, as datas em que as espécies de leopardo divergiram em relação aos genomas existentes de leopardo da Eurásia, bem como aos genomas de leões e tigres. Pesquisas anteriores já haviam mostrado quando esses animais divergiam entre si.

Na África Subsariana, o Pleistoceno, muitas vezes referido como Idade do Gelo, foi marcado por ciclos frios e secos alternados com climas quentes e húmidos. Isto mudou drasticamente a paisagem em todo o continente africano, levando a repetidas expansões e contrações das pastagens de savana.

Como resultado, animais como os leopardos foram forçados a se movimentar, em busca de pastagens onde suas presas pudessem ser encontradas. Durante os períodos de seca, as populações de animais ficaram isoladas umas das outras à medida que os desertos tomaram conta das pastagens, tornando-se uma barreira que mantinha os leopardos separados.

Assim que as populações de leopardos se separaram, os seus genes começaram a diferenciar-se ao longo do tempo.

O mesmo tipo de movimentos de leopardos ainda acontece hoje na África do Sul. Principalmente os jovens do sexo masculino podem caminhar até 300 quilômetros de distância de suas casas, em busca de novos territórios. Quando o encontram, misturam-se com leopardos de outras partes da África. Não são necessários muitos leopardos para diversificar os genes de uma população. Eventualmente, as populações se conectam no tempo e no espaço.

Por que isso é importante

Esta é a primeira vez que os mitogenomas do leopardo da África do Sul foram reunidos. Isso nos permitiu classificar adequadamente esses leopardos pela primeira vez. Isto é útil porque pode ajudar em futuras pesquisas sobre como os leopardos evoluíram. Saber como uma população moderna de leopardos está relacionada com populações antigas e os caminhos geográficos que podem ter percorrido para chegar a este ponto ajuda nos esforços de conservação.

Na conservação actual, os leopardos têm frequentemente de ser afastados (translocados) para evitar conflitos com humanos em áreas onde os gatos podem entrar em contacto com o gado e comê-lo. É importante saber quais animais são geneticamente diversos para que possamos manter esta diversidade em grandes áreas. Quando os animais são geneticamente diversos, eles têm mais chances de sobreviver a surtos de doenças.

Um dos aspectos mais importantes do nosso estudo foi descobrir que, embora os clados dos leopardos possam ter evoluído separadamente, fazem parte da mesma metapopulação interligada que se estende por toda a África Austral e podem ser conservados da mesma forma.

Fornecido por The Conversation

Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.