O estudo de DNA de leopardo na África do Sul traça ancestralidade até a era do gelo — e irá orientar a conservação

Uma era do gelo há quase um milhão de anos levou a um encontro entre leopardos da África Central e do Sul que buscavam pastagens. Novas pesquisas sobre a genética dos leopardos — seu mitogenoma — revelaram que os descendentes desses 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 as novas pesquisas podem ser usadas 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 maternamente, o que significa que são transmitidos apenas da mãe para a prole.

Os mitogenomas são um "resgate genômico" ao sequenciar todo o genoma. Elas são tão abundantes nas células que é muito fácil extraí-las.

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

Como testar o mitogenoma de um leopardo?

Coletamos amostras de tecido de nove leopardos em Mpumalanga, África do Sul, que haviam sido derrubados por carros e mortos. Infelizmente, isso ainda acontece com frequência. Em áreas não protegidas, os atropelamentos nas estradas são responsáveis por toda a mortalidade acidental dos leopardos.

As amostras foram levadas ao laboratório de Genômica de Vida Selvagem 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, isso lhes permite descobrir a sequência de DNA de todos os genes do genoma de um organismo ao mesmo tempo. Isso nos permite descobrir exatamente para que esses genes codificam. Por exemplo, nos leopardos vermelhos, encontramos o gene e a mutação que causam a cor vermelha. Também conseguimos determinar quais genes hereditários podem causar defeitos de saúde no leopardo-vermelho. Poderíamos usar a mesma técnica para encontrar genes que tornem os dois clados (grupos de leopardos relacionados) únicos, ou melhor adaptados aos ambientes locais.

Após extrair os mitogenomas dos dados, os montamos e alinhamos a um genoma de referência — que já tem as posições exatas de todos os genes. O genoma de referência era um que já era sequenciado e armazenado em um banco de dados online, o Genbank, que é a coletânea de todas as sequências de DNA publicamente disponíveis.

Depois, baixamos muitos outros mitogenomas de bancos de dados online, fornecidos por estudos anteriores, para comparar nossas amostras da África do Sul com o restante do continente.

Ao fazer isso, conseguimos descobrir como mutações que surgiram ao longo do tempo foram separadas no espaço geográfico. Algumas das amostras vieram 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 se originaram de dois clados (ou subfamílias) únicos que foram encontrados no sul e centro da África há aproximadamente 0,8 milhão de anos. É provável que esses clados tenham se originado durante o Pleistoceno Médio, um período entre 1,6 milhão e 0,52 milhão de anos atrás, quando o mundo experimentava um clima instável.

Conseguimos estabelecer isso medindo a linha do tempo evolutiva, ou seja, as datas em que as espécies de leopardo divergiram dos genomas existentes dos leopardos eurasiáticos, assim como dos genomas de leões e tigres. Pesquisas anteriores já haviam mostrado quando esses animais divergiam uns dos outros.

Na África subsaariana, o Pleistoceno, frequentemente chamado de Era do Gelo, foi marcado por ciclos frescos e secos alternando com climas quentes e úmidos. Isso mudou drasticamente a paisagem em todo o continente africano, levando a expansões e contrações repetidas das pastagens da savana.

Como resultado, animais como leopardos eram forçados a se mover, procurando pastagens onde suas presas fossem encontradas. Durante períodos secos, as populações animais ficaram isoladas umas das outras à medida que os desertos tomavam conta das pastagens, tornando-se uma barreira que mantinha os leopardos separados.

Uma vez que as populações de leopardos se separaram, seus genes começaram a se diferenciar com o tempo.

O mesmo tipo de movimentos de leopardos ainda acontece na África do Sul hoje. Principalmente machos jovens podem caminhar até 300 quilômetros de suas casas, buscando novos territórios. Quando o encontram, misturam-se com leopardos de outras partes da África. Não são precisos muitos leopardos para diversificar os genes de uma população. Eventualmente, as populações se conectam ao longo do tempo e do espaço.

Por que isso importa

Esta é a primeira vez que os mitogenomas de leopardo da África do Sul são reunidos. Isso nos permitiu classificar corretamente esses leopardos pela primeira vez. Isso é útil porque pode ajudar em pesquisas adicionais sobre como os leopardos evoluíram. Saber como uma população moderna de leopardos está relacionada às populações antigas, e os caminhos geográficos que elas podem ter seguido para chegar a esse ponto, ajuda nos esforços de conservação.

Na conservação atual, os leopardos frequentemente precisam ser afastados (translocados) para evitar conflitos com humanos em áreas onde os gatos possam entrar em contato com animais e comê-los. É importante saber quais animais são geneticamente diversos para que possamos manter essa diversidade em grandes áreas. Quando os animais são geneticamente diversos, eles têm mais chance de sobreviver a surtos de doenças.

Um dos aspectos mais importantes do nosso estudo foi descobrir que, embora os clados de leopardos possam ter evoluído separadamente, eles fazem parte da mesma metapopulação interconectada que se estende pelo sul da África e pode ser conservada da mesma forma.

Fornecido por The Conversation 

Este artigo é republicado do The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.