eDNA na água do mar revela a diversidade genética de populações de golfinhos

À primeira vista, o oceano parece vazio - mas a água guarda vestígios discretos de vida marinha. Ao nadarem, os golfinhos libertam células da pele, muco e minúsculos fragmentos de ADN que ficam suspensos no mar.

É a partir desse DNA ambiental, ou eDNA, que cientistas investigam espécies e ecossistemas. Um estudo recente indica que a água do mar pode ir além da simples deteção de presença.

Sem encostar nos animais, ela pode permitir estimar a diversidade genética de populações inteiras de golfinhos.

O desafio de estudar golfinhos

Avaliar a genética de golfinhos sempre foi uma tarefa difícil. A diversidade genética é usada para inferir o quão saudável é uma população e quão capaz ela é de se adaptar a mudanças ambientais.

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

Historicamente, para obter ADN de golfinhos, equipas de pesquisa precisam aproximar-se dos animais em embarcações e disparar dardos de biópsia para retirar pequenas porções de pele e gordura.

Além de exigir pessoal experiente e mar calmo, o método consome muito tempo. Mesmo após semanas no mar, frequentemente se consegue apenas um conjunto limitado de amostras.

Em espécies muito abundantes - como os golfinhos-comuns ao longo da costa da Califórnia - essas amostras representam só uma fração da diversidade real da população.

Golfinhos deixam rastros genéticos

Ao longo de todo o tempo, golfinhos libertam material biológico no entorno. Enquanto se deslocam, deixam no rastro células e resíduos que carregam informação genética, compondo o eDNA.

A maior parte dos trabalhos anteriores com eDNA focou em descobrir quais espécies estavam presentes em determinado ambiente. O novo estudo testou se a água do mar também conseguiria captar diferenças 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 cardumes e têm populações muito grandes”, disse o Dr. Frederick Archer, do Centro de Ciência Pesqueira do Sudoeste da NOAA/NMFS.

“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 cardumes de golfinhos

O estudo foi conduzido perto da Ilha de Santa Catalina, no final de 2021, durante outra investigação que avaliava como golfinhos reagem a sonar naval.

Em botes infláveis, os investigadores aproximaram-se dos animais e recolheram água a até 10 metros dos cardumes. Ao longo de 12 dias, foram obtidas 126 amostras de água do mar de quatro espécies de golfinhos.

Cada recolha tinha apenas dois litros de água. Depois, no Centro de Ciências Marinhas Wrigley, o grupo filtrou as amostras para reter os vestígios de ADN presentes nelas.

Água do mar revela padrões de ADN

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

Depois, equipamentos de sequenciação geraram enormes quantidades de leituras genéticas curtas.

Essas leituras foram agrupadas 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 excluir sequências duvidosas e prováveis erros, a equipa chegou a 240 ASVs confiáveis ligados às quatro espécies de golfinhos.

A água expõe a diversidade das populações

Os padrões observados ficaram alinhados com o que biólogos marinhos já conhecem sobre esses animais.

Os golfinhos-comuns-de-bico-longo apresentaram a maior diversidade genética, enquanto os golfinhos-nariz-de-garrafa e os golfinhos-de-risso exibiram menor variação, coerente com populações menores.

Na maioria dos encontros, a espécie que os investigadores acompanhavam foi a que gerou o sinal genético mais forte na água ao redor.

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

“Nosso estudo demonstra a utilidade [de levantamentos por eDNA] para avaliar e comparar com eficiência a diversidade genética em odontocetos sociais”, observaram os investigadores.

Golfinhos-de-risso libertam mais material

Um resultado inesperado envolveu os golfinhos-de-risso. O ADN deles aparecia em muitas amostras mesmo quando a equipa estava a seguir outras espécies. Para os cientistas, o comportamento pode explicar esse padrão.

Golfinhos-de-risso são conhecidos por interações sociais bruscas, que incluem arranhões com os dentes, deixando adultos cobertos por cicatrizes claras.

Esse contato físico frequente pode libertar mais células de pele na água do que em espécies que interagem de forma mais suave.

Medindo o tamanho de 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, recolhidos em vários encontros, recuperaram a maior parte da diversidade populacional.

Já os golfinhos-de-risso precisaram de muito menos amostras para fornecer uma estimativa confiável.

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

Mesmo com amostragem extensa, só foi possível capturar uma parcela da diversidade total da espécie.

Correntes oceânicas misturam o ADN

O eDNA pode representar animais que estiveram no local horas - ou até dias - antes. As correntes marinhas misturam esses rastros genéticos, criando um registo em constante mudança da vida no oceano.

Essa persistência do ADN dificulta estudos direcionados a um grupo específico de golfinhos.

Como solução, os investigadores recomendam recolher amostras de controle antes da chegada dos animais, para separar sinais antigos de fundo daqueles mais recentes.

A água do mar muda a pesquisa em conservação

A grande vantagem do eDNA está na praticidade. Recolher água do mar dispensa contacto físico com os animais e requer pouca instrumentação especializada.

Em comparação com programas de biópsia, o custo é muito menor e o procedimento pode ser repetido com maior frequência.

“Seria bom iniciar o quanto antes programas de monitorização por 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 nem sempre detetamos em levantamentos visuais”, disse Archer.

“Isso pode dar-nos muita informação sobre o uso de habitat e também permitirá potencialmente observar como mudanças ambientais e efeitos antropogénicos, como poluição ou som subaquático, afetam as distribuições das espécies.”

Pistas genéticas no oceano

Mesmo assim, o DNA ambiental ainda tem limitações. Espécies diferentes libertam ADN a ritmos distintos, e as correntes do mar misturam os vestígios entre si.

Além disso, por enquanto, os cientistas ainda não conseguem associar um ADN a um golfinho específico.

Apesar dessas restrições, o estudo representa um passo importante para a ciência marinha. Ele indica que a água do mar pode guardar informação genética valiosa sobre animais que atravessam o oceano.

No futuro, a investigação sobre populações de golfinhos pode depender menos de dardos de biópsia e mais de amostras simples de água.

Os animais talvez nem percebam a pesquisa - mas o ADN que deixam para trás pode ajudar a monitorizar ecossistemas marinhos durante anos.