DNA ambiental na água do mar revela a diversidade genética de populações de golfinhos

O oceano pode parecer deserto à primeira vista, mas a água carrega sinais discretos de vida marinha. Ao se deslocarem, os golfinhos deixam no mar células da pele, muco e minúsculos fragmentos de DNA.

Pesquisadores aproveitam esse DNA ambiental, ou eDNA, para investigar espécies e ecossistemas marinhos. Um estudo recente indica que a água do mar pode ir além do simples registo de presença.

Ela também consegue expor a diversidade genética de populações inteiras de golfinhos sem que seja necessário encostar nos animais.

O desafio de estudar golfinhos

Analisar a genética de golfinhos sempre foi uma tarefa complicada. A diversidade genética é um indicador-chave para avaliar quão saudável é uma população e o quanto ela pode responder a mudanças no ambiente.

Em geral, populações com maior variação genética tendem a ser mais resistentes; já as com diversidade limitada podem tornar-se mais suscetíveis a doenças, alterações do habitat e queda no número de indivíduos.

Historicamente, obter DNA de golfinhos exige que equipas se aproximem em embarcações e utilizem dardos de biópsia para retirar pequenas amostras de pele e gordura.

Esse procedimento depende de tripulações experientes, mar calmo e muito tempo de operação. Ainda assim, mesmo depois de semanas, costuma resultar em um conjunto relativamente reduzido de amostras.

Em espécies muito abundantes, como os golfinhos-comuns ao longo da costa da Califórnia, essas amostras representam apenas uma pequena parte da diversidade real da população.

Golfinhos deixam rastros genéticos

Os golfinhos libertam continuamente material biológico na água à sua volta. Durante a natação, ficam para trás trilhas de células e resíduos que carregam material genético - a base do DNA ambiental.

Grande parte dos estudos anteriores com eDNA concentrou-se em descobrir que espécies estavam presentes num determinado habitat. O novo trabalho investigou se a água do mar também poderia revelar variações dentro da própria espécie.

"Aqui mostramos que a amostragem repetida de eDNA pode ser usada para estimar a diversidade genética de golfinhos que ocorrem em grandes bandos e têm populações muito grandes", disse o Dr. Frederick Archer, do NOAA/NMFS Southwest Fisheries Science Center.

"Isso é importante porque a diversidade genética, sua medida de resultado, pode ser usada como uma medida do tamanho populacional e de quão pronta uma população está para reagir a mudanças no seu ambiente."

Água do mar perto de bandos de golfinhos

A investigação ocorreu perto da Ilha de Santa Catalina, no fim de 2021, aproveitando uma outra pesquisa que avaliava como os golfinhos reagem ao sonar naval.

Os cientistas aproximaram-se dos animais em botes infláveis e recolheram água a menos de dez metros dos bandos. Ao longo de doze dias, foram obtidas 126 amostras de água do mar, abrangendo quatro espécies de golfinhos.

Cada recolha tinha apenas dois litros de água do mar. De volta ao Wrigley Marine Science Center, a equipa filtrou a água para reter vestígios de DNA presentes no material capturado.

A água do mar revela padrões de DNA

No laboratório, o material genético retido nos filtros foi extraído e, em seguida, amplificado numa região específica do DNA mitocondrial conhecida por variar entre indivíduos.

Depois disso, máquinas de sequenciação geraram enormes quantidades de leituras genéticas curtas.

A equipa agrupou essas leituras em variantes genéticas distintas, chamadas Variantes de Sequência de Amplicon, ou ASVs.

Cada ASV correspondia a uma assinatura genética única associada a uma linhagem materna ou a um golfinho individual.

Após eliminar sequências duvidosas e prováveis erros, os pesquisadores chegaram a 240 ASVs confiáveis relacionadas às quatro espécies de golfinhos.

A água expõe a diversidade das populações

Os resultados ficaram alinhados com o que biólogos marinhos já conheciam sobre esses animais.

Os golfinhos-comuns de bico longo exibiram a maior diversidade genética, enquanto o golfinho-nariz-de-garrafa e o golfinho-de-Risso apresentaram menor variação - algo compatível com as suas populações menores.

Na maioria dos encontros, a espécie que os pesquisadores acompanhavam produziu o sinal genético mais intenso na água ao redor.

Ao mesmo tempo, as amostras também trouxeram sinais de espécies que provavelmente tinham passado pela área anteriormente.

"Nosso estudo demonstra a utilidade [dos levantamentos com eDNA] para avaliar e comparar com eficiência a diversidade genética em odontocetos sociais", observaram os pesquisadores.

Golfinhos-de-Risso liberam mais material

Um resultado inesperado envolveu os golfinhos-de-Risso. O DNA dessa espécie apareceu em muitas amostras de água mesmo quando a equipa seguia outras espécies. Os cientistas consideram que o comportamento pode ajudar a explicar esse padrão.

Os golfinhos-de-Risso são conhecidos por interações sociais intensas, com episódios de "arranhões" por dentes, o que deixa muitos adultos cobertos de cicatrizes claras.

Esse contato físico frequente pode desprender mais células da pele na água do que em espécies com interações mais suaves.

Medindo o tamanho da amostragem

Os autores também avaliaram quanta água do mar é necessária para recuperar com precisão a diversidade genética de uma população.

Para os golfinhos-comuns de bico longo, cerca de 60 a 70 litros de água do mar, recolhidos ao longo de vários encontros, recuperaram a maior parte da diversidade populacional.

No caso dos golfinhos-de-Risso, foram necessárias muito menos amostras para chegar a uma estimativa confiável.

Já os golfinhos-comuns de bico curto foram mais desafiadores. A população provavelmente ultrapassa um milhão de animais e estende-se muito além da área de estudo perto da Ilha de Santa Catalina.

Mesmo com uma amostragem extensa, a equipa conseguiu capturar apenas uma parte da diversidade total da espécie.

Correntes oceânicas misturam o DNA

O DNA ambiental pode refletir animais que atravessaram uma área horas - ou até dias - antes. As correntes do oceano misturam esses vestígios genéticos, formando um registo dinâmico e em constante mudança da vida marinha.

Essa persistência do DNA cria dificuldades quando o objetivo é analisar um grupo específico de golfinhos.

Os pesquisadores recomendam recolher amostras de controlo antes da chegada dos animais, para separar sinais antigos de fundo daqueles recém-depositados.

A água do mar muda a pesquisa em conservação

A maior vantagem do eDNA é a praticidade. Para recolher água do mar não é preciso contacto físico com os animais, nem muito equipamento especializado.

Em comparação com programas de biópsia, a abordagem custa bem menos e pode ser repetida com maior frequência.

"Seria bom iniciar o quanto antes programas de monitoramento com eDNA que antes não eram possíveis. Por exemplo, poderemos ver como a composição de espécies em áreas muito pequenas muda ao longo de um ano, incluindo espécies mais raras que não detectamos com frequência em levantamentos visuais", afirmou Archer.

"Isso pode nos dar muita informação sobre o uso do habitat e também permitirá potencialmente observar como mudanças ambientais e efeitos antropogênicos, como poluição ou som subaquático, afetam as distribuições das espécies."

Pistas genéticas no oceano

O eDNA ainda tem limitações. Espécies diferentes libertam DNA em ritmos distintos, e as correntes misturam os sinais genéticos no mar.

Além disso, por enquanto os cientistas ainda não conseguem atribuir o DNA a um golfinho específico.

Mesmo assim, o estudo representa um avanço relevante para a pesquisa marinha. Ele indica que a água do mar pode guardar informações genéticas valiosas sobre animais que se deslocam pelo oceano.

No futuro, a ciência pode depender menos de dardos de biópsia e mais de amostras simples de água do mar para estudar populações de golfinhos.

Os animais talvez nem percebam o trabalho, mas o DNA que deixam para trás pode ajudar a monitorar ecossistemas marinhos durante anos.