Legado de eras glaciais antigas molda como as ervas marinhas respondem às ameaças ambientais hoje

Uma variação de estruturas legadas do Pleistoceno em ecossistemas modernos de ervas marinhas

Aevolução profunda lança uma sombra mais longa do que se pensava anteriormente, relatam cientistas em um novo artigo publicado na semana de 1º de agosto no Proceedings of the National Academy of Sciences. Cientistas e colegas do Smithsonian analisaram as comunidades de eelgrass – a base de muitas teias alimentares marinhas costeiras ao longo das costas do Atlântico Norte e do Pacífico – e descobriram que sua história genética antiga pode desempenhar um papel mais forte do que o ambiente atual na determinação de seu tamanho, estrutura e quem vive neles. E isso pode ter implicações em quão bem as eelgrasses se adaptam a ameaças como as mudanças climáticas.

Cerca de meio milhão de anos atrás, quando o mundo era mais quente, algumas plantas de capim-enguia fizeram a difícil jornada de suas casas no Pacífico para o Atlântico.

A manutenção da biodiversidade e dos ecossistemas a longo prazo depende de seu ajuste a um clima em rápida mudança. Ao caracterizar a estrutura das plantas marinhas de eelgrass e comunidades associadas em 50 locais em sua ampla distribuição, foi descoberto que a forma de crescimento e biomassa de eelgrass retêm um legado de mudanças de alcance do Pleistoceno e gargalos genéticos que, por sua vez, afetam a biomassa de algas e invertebrados que alimentam teias alimentares costeiras. Os efeitos no nível do ecossistema desse antigo legado evolutivo são comparáveis ou mais fortes do que os efeitos da força ambiental atual, sugerindo que esse ecossistema economicamente importante pode ser incapaz de acompanhar as rápidas mudanças globais.

Variação na forma de crescimento do capim-enguia e estrutura genética em todo o Hemisfério Norte

(A) Mapa dos 50 sítios ZEN, com a cor do símbolo correspondente ao oceano (Pacífico, verde; Atlântico, azul) e verde claro mostrando a distribuição geográfica do eelgrass.

(B) Variação na forma de crescimento do capim-enguia e biomassa por local. Os números listam a altura média do dossel (H), a densidade da parte aérea (D) e a biomassa abaixo do solo (B) para as populações de capim-enguia nos extremos das distribuições.

(C) Variação entre sítios em marcadores genéticos neutros da história evolutiva, indexados pelos eixos genéticos FCA1 e FCA2 resumindo a variação em 24 loci microssatélites. A forma de crescimento e a biomassa do eelgrass representam os dois primeiros eixos de um PCA de seis crescimento e características morfológicas do eelgrass. Uma árvore de junção de vizinhos de distâncias FST pareadas entre todas as populações, com o tamanho do símbolo proporcional ao valor inverso de PCz1; símbolos maiores denotam copas mais longas e mais parecidas com florestas. Tanto em B como em C é apresentada a percentagem de variação explicada por cada eixo.

Para aqueles que conseguiram, uma série de eras glaciais durante a época do Pleistoceno afetou ainda mais o quão longe eles poderiam se espalhar. Essas lutas milenares deixaram marcas duradouras em seu DNA: ainda hoje, as populações de capim-enguia no Atlântico são muito menos diversificadas geneticamente do que as do Pacífico.

Ainda assim, no clássico debate “natureza versus criação”, os cientistas ficaram surpresos ao descobrir que o legado genético às vezes faz mais para moldar as comunidades modernas de capim-enguia do que o ambiente atual. “Já sabíamos que havia uma grande separação genética entre os oceanos, mas acho que nenhum de nós jamais sonhou que isso seria mais importante do que as condições ambientais”, disse Emmett Duffy, biólogo marinho do Smithsonian Environmental Research Center e principal autor. do relatório. “Foi uma grande surpresa para todos”.

Eelgrasses em água quente

Eelgrass está entre as plantas de águas rasas mais difundidas no mundo. Seu alcance abrange desde regiões semi-tropicais como Baja California até o Alasca e o Ártico.

Além de fornecer alimento e habitat para muitos animais submarinos, o eelgrass oferece uma infinidade de serviços aos seres humanos. Protege as costas das tempestades, absorve carbono e pode até reduzir as bactérias nocivas na água.

Mas na maioria dos lugares onde cresce, o capim-enguia é a espécie dominante – ou única – de ervas marinhas presentes. Isso torna sua sobrevivência crítica para as pessoas e animais que vivem lá. E a menor diversidade genética no Atlântico pode dificultar a adaptação de algumas populações a mudanças repentinas.

“A diversidade é como ter ferramentas diferentes em seu cinto de ferramentas”, disse Jay Stachowicz, coautor e ecologista da Universidade da Califórnia, Davis. “E se tudo que você tem é um martelo, você pode colocar pregos, mas é só isso. Mas se você tiver um conjunto completo de ferramentas, cada ferramenta pode ser usada para realizar diferentes trabalhos com mais eficiência.”

Os ecologistas já viram o capim-enguia desaparecer de algumas regiões à medida que as águas esquentam.

Em Portugal, seu ponto mais meridional da Europa, o capim-enguia começou a recuar e se mover mais para o norte, em águas mais frias.

“Não acho que vamos perder [o capim-enguia] no sentido de uma extinção”, disse a coautora Jeanine Olsen, professora emérita da Universidade de Groningen, na Holanda. “Não vai ser assim. Tem muitos truques na manga.” Mas extinções locais, ela apontou, vão ocorrer em alguns lugares. Isso pode deixar regiões que dependem de seu capim enguia local em apuros.

Alcançando uma visão de mundo mais ZEN

Percebendo a necessidade urgente de entender – e conservar – o capim-enguia em todo o mundo, Duffy e seus colegas se uniram para formar uma rede global chamada ZEN. O nome significa Zostera Experimental Network, uma referência ao nome científico da eelgrass, Zostera marina. A ideia era unir cientistas de ervas marinhas de todo o mundo, fazendo os mesmos experimentos e pesquisas, para obter uma imagem global coordenada da saúde das ervas marinhas.

Para o novo estudo, a equipe estudou comunidades de eelgrass em 50 locais no Atlântico e no Pacífico. Com 20 parcelas amostradas por local, a equipe obteve dados de 1.000 parcelas de capim-enguia.

Primeiro, eles coletaram dados básicos sobre o capim-enguia: tamanho, forma, biomassa total e os diferentes animais e algas que vivem neles e ao redor deles. Em seguida, eles coletaram dados genéticos de todas as populações de capim-enguia.

Eles também mediram várias variáveis ambientais em cada local: temperatura, salinidade da água e disponibilidade de nutrientes, para citar apenas algumas. Em última análise, eles esperavam descobrir o que moldou mais as comunidades de capim-enguia: o meio ambiente ou a genética?

Depois de executar uma série de modelos, eles descobriram uma série de diferenças entre os ecossistemas de eelgrass do Atlântico e do Pacífico – diferenças que se alinhavam intimamente com a divergência genética da migração do Pleistoceno e das eras glaciais subsequentes.

Enquanto as enguias do Pacífico geralmente cresciam em “florestas” que regularmente ultrapassavam 3 pés de altura e às vezes atingiam mais de duas vezes essa altura, o Atlântico abrigava “prados” mais diminutos que raramente chegavam perto dessa altura.

As diferenças genéticas também se alinharam com a biomassa total do capim-enguia. No Atlântico, a genética evolutiva e o ambiente atual desempenharam papéis igualmente fortes na biomassa do capim-enguia.

Esses impactos fluíram também para outras partes do ecossistema. Quando se tratava de pequenos animais que viviam no capim-enguia, como os invertebrados, a assinatura genética do Pleistoceno novamente desempenhou um papel mais forte do que o ambiente no Pacífico – enquanto os dois desempenharam papéis igualmente fortes no Atlântico. “O antigo legado dessa migração do Pleistoceno e o gargalo de enguia para o Atlântico teve consequências para a estrutura do ecossistema 10.000 anos depois”, disse Duffy. “Provavelmente mais de 10.000”.

Conservando o Futuro

Que a genética antiga possa desempenhar um papel tão forte – às vezes mais forte que o meio ambiente – tem alguns ecologistas preocupados se o capim-enguia pode se adaptar a mudanças mais rápidas.

“O aquecimento climático – por si só – provavelmente não é a principal ameaça para o capim-enguia”, disse Olsen. A poluição das cidades e fazendas, que podem turvar a água e levar à proliferação de algas nocivas, também põe em perigo as ervas marinhas. Dito isto, a vasta gama de ambientes em que a eelgrass pode sobreviver atesta sua resistência. “Estou esperançoso porque nossos resultados ilustram a resiliência de longo prazo a repetidas e grandes mudanças nas tolerâncias térmicas e a ampla variedade de habitats de enguias em cerca de metade do Hemisfério Norte”, disse Olsen. “Com os recursos genômicos agora disponíveis para o capim-enguia, estamos começando a analisar as mudanças funcionais nos genes e sua regulação em tempo real. É muito emocionante”. Para proteger os canteiros de enguias existentes, manter a diversidade atual é um bom primeiro passo.

Em lugares que já perderam os canteiros de enguia, a restauração oferece alguma promessa. Algumas histórias de sucesso já existem, como na costa leste da Virgínia. Mas muitos esforços de restauração alcançam apenas um sucesso limitado. Como Stachowicz apontou, isso levanta questões adicionais. “Você deve restaurar ervas marinhas usando plantas de ambientes locais ou deve pensar no futuro e tentar plantas com genética mais adequada às condições ambientais futuras?” ele perguntou. “Ou você deve proteger suas apostas?” Manter ou aumentar a diversidade genética pode ser a melhor maneira de fornecer às populações de ervas marinhas o conjunto de ferramentas diversificado necessário para sobreviver em um futuro incerto.