Fezes congeladas de esquilos no permafrost do Yukon revelam DNA de 700.000 anos

Nas profundezas do permafrost do Yukon, no Canadá, esquilos-terrestres antigos deixaram para trás algo muito mais valioso do que ossos.

As fezes desses animais, lacradas em tocas congeladas por centenas de milhares de anos, acabaram se tornando um dos arquivos genéticos mais ricos já resgatados de um passado remoto.

Um novo estudo conseguiu destravar esse material e revelou ecossistemas inteiros desaparecidos, preservados ali dentro.

Pelotas minúsculas, uma memória genética gigantesca

Cada pelota é pequena, mais ou menos do tamanho das fezes de um coelho. Ainda assim, os investigadores recuperaram delas uma variedade impressionante de DNA ambiental antigo, com sinais de plantas, insetos, microrganismos e grandes mamíferos.

As amostras atravessam vários períodos glaciais. A mais antiga tem cerca de 700.000 anos, colocando esse material entre os DNAs mais antigos já recuperados e sequenciados.

A região de Klondike, no centro do Yukon, permaneceu livre de geleiras durante o Pleistoceno. Com isso, o gelo do solo pôde manter registros ecológicos intactos desde, no mínimo, o Pleistoceno Médio.

Os esquilos-terrestres-árticos escavam tocas onde a camada de solo descongelado chega a cerca de 1 metro de profundidade.

Depois que essas tocas congelaram e ficaram seladas, permaneceram trancadas por dezenas a centenas de milhares de anos.

Um hábito de “rato colecionador” que vale ouro

Esquilos-terrestres-árticos não são exigentes para comer. Eles se alimentam de gramíneas, ciperáceas, flores, sementes, fungos, insetos e até carcaças, e podem passar até sete meses hibernando em tocas congeladas.

É justamente esse comportamento de coleta que torna as fezes tão valiosas para a ciência.

"Os esquilos-terrestres-árticos que vivem hoje no Yukon agem meio como ratos colecionadores", disse Tyler Murchie, investigador em paleogenômica no Instituto Hakai e autor principal do artigo.

"Então eles vão pela paisagem e recolhem um monte de pedaços diferentes de material vegetal e ossos, sementes, e levam tudo de volta para a toca", acrescentou Murchie.

Lendo ecossistemas inteiros a partir de fezes

Cientistas da Universidade McMaster, do Instituto Hakai, da Universidade de Alberta e de outras instituições analisaram 13 coprólitos preservados no permafrost, coletados nessas tocas.

Fezes são quimicamente complexas e cheias de substâncias que bloqueiam as enzimas necessárias para processar DNA.

Por isso, a equipa precisou refazer repetidas vezes os métodos de extração até conseguir resultados limpos. Quando conseguiu, os sinais apareceram em grande volume.

As fezes guardaram uma ampla diversidade de formas de vida, de mamutes-lanosos, bisões-da-estepe e cavalos a caribus, lobos, pikas, aves canoras e mais de 200 grupos de plantas.

O nível de preservação foi suficiente para reconstruir mais de 18 genomas mitocondriais. Eles vieram de esquilos-terrestres, da lebre-de-pés-nevados, do bisão-da-estepe, do cavalo e do mamute.

Essa recuperação em escala de genoma a partir de fezes antigas é incomum. O resultado indica que coprólitos podem guardar informação que, em geral, fica restrita a ossos ou dentes.

Uma linhagem de esquilo desaparecida

A maior surpresa veio dos próprios esquilos. As assinaturas genéticas não batiam com as dos esquilos-terrestres-árticos que vivem hoje no Yukon.

Os dados separaram a espécie moderna em dois grupos distintos, e os animais antigos do Yukon caíram numa linhagem hoje encontrada sobretudo na Sibéria e no Alasca.

Até aqui, supunha-se que restos fósseis de esquilos desses depósitos pertenciam à mesma espécie presente atualmente na região.

Uma linhagem antiga remonta a cerca de 700.000 anos e fica próxima da base da árvore genealógica dos esquilos do norte.

Os parentes vivos mais próximos dessa linhagem agora existem apenas do outro lado da Eurásia, em lugares como Sibéria, China, Cazaquistão e Mongólia.

As fezes mais antigas já sequenciadas

A amostra de 700.000 anos tem peso real nos registos. Trata-se do genoma mitocondrial mais antigo já montado a partir de fezes antigas.

Ela também está entre os cinco genomas mais antigos desse tipo recuperados de qualquer material. Todos esses casos vieram de Beringia, a região fria que abrange o Yukon e o Alasca.

Hendrik Poinar é geneticista evolutivo e diretor do Centro de DNA Antigo da McMaster, onde foi realizada grande parte das análises.

"Isso ajuda a reconstruir paleoambientes em tempos muito mais profundos, trazendo percepções sobre mudança ambiental, evolução da megafauna, dispersão e, por fim, extinção", afirmou Poinar.

Mais bem preservadas do que ossos

Os resultados contestam uma suposição antiga sobre quais materiais preservam melhor o DNA.

Quando a equipa ajustou pela quantidade de amostra, as fezes superaram tanto ossos quanto o sedimento ao redor na preservação de DNA antigo.

"A pesquisa mostra que coprólitos, ou fezes, de esquilos-terrestres preservam retratos genéticos notavelmente diversos da antiga Beringia, o que os torna repositórios excecionais para entender mudanças evolutivas e ecológicas ao longo do passado profundo", disse Poinar.

Controlo rigoroso sustentou o trabalho. As amostras negativas permaneceram limpas, os padrões de dano eram compatíveis com DNA realmente antigo e os microrganismos dentro das pelotas continuaram distintos do solo ao redor.

Esse último ponto indica que houve pouquíssima lixiviação a partir do ambiente externo.

Uma janela para a resposta ao clima

O estudo também aponta para uma aplicação prática que se estende até o nosso próprio futuro.

Retratos genéticos de ciclos anteriores de aquecimento e arrefecimento podem mostrar como as espécies se adaptaram - ou não conseguiram se adaptar - quando o clima mudou de forma intensa.

"Podemos observar genes sob seleção devido à mudança climática no passado e isso pode ajudar a pensar como os animais hoje podem, ou podem não, se adaptar ao nosso clima atual em aquecimento", disse Poinar.

Recentemente, a Universidade McMaster e o Instituto Hakai receberam 2,3 milhões de dólares para estudar como as paisagens se recuperaram de mudanças climáticas passadas e para prever como os ecossistemas atuais podem responder ao aquecimento.

Cápsulas do tempo sob a tundra

O que existe nessas pelotas traz muito mais detalhe do que qualquer estudo isolado consegue abranger. Centenas de tocas semelhantes já foram encontradas pelo Yukon, e cada uma pode funcionar como uma cápsula do tempo.

A investigação foi realizada com permissão da Primeira Nação Tr’ondëk Hwëch’in, em cujo território tradicional o estudo aconteceu.

Com ferramentas melhores e mais amostras, essas fezes humildes podem continuar reescrevendo a história profunda do norte.