DNA antigo sugere que mamutes-lanudos vagavam pela Terra mais recentemente do que se pensava

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O material genético encontrado em sedimentos de pergelissolo do Yukon contém informações ricas sobre ecossistemas antigos. Créditos: Julius Csotonyi / Governo de Yukon.

Por Tyler J. Murchie
Publicado no The Conversation

Em 2010, pequenos núcleos de sedimentos de pergelissolo foram coletados por uma equipe da Universidade de Alberta de minas de ouro na região de Klondike, no centro de Yukon. Eles permaneceram em armazenamento refrigerado até que os paleogeneticistas do Centro de DNA Antigo da McMaster aplicaram novas técnicas genômicas para entender melhor a extinção global da megafauna que culminou na América do Norte há cerca de 12.700 anos.

Essas minúsculas amostras de sedimentos contêm uma imensa riqueza de DNA ambiental antigo de inúmeras plantas e animais que viveram nesses ambientes por milênios. Esses microfósseis genéticos se originam de todos os componentes de um ecossistema – incluindo bactérias, fungos, plantas e animais – e servem como uma cápsula do tempo de ecossistemas há muito tempo perdidos, como aquele onde vivia o mamute-da-estepe e desapareceu há cerca de 13.000 anos.

Como exatamente esses ecossistemas se reestruturaram de forma tão significativa e por que os animais de grande porte parecem ter sido os mais afetados por essa mudança tem sido uma área ativa de debate científico desde o século XVIII.

Agora podemos usar o DNA ambiental para ajudar a preencher as lacunas que impulsionaram esse debate.

DNA antigo, tecnologias de ponta

DNA bacteriano, fúngico e inidentificável compõem mais de 99,99% de uma amostra ambiental. No nosso caso, queríamos uma maneira de recuperar seletivamente uma fração muito menor do DNA antigo de plantas e animais que nos ajudaria a entender melhor o colapso do ecossistema dos mamutes-da-estepe.

Para a minha pesquisa de doutorado, fiz parte de uma equipe que desenvolveu uma nova técnica para extrair, isolar, sequenciar e identificar pequenos fragmentos de DNA antigo de sedimentos.

Analisamos esses fragmentos de DNA para rastrear o grupo em mudança de plantas e animais que viveram no centro de Yukon nos últimos 30.000 anos. Encontramos evidências da sobrevivência tardia de mamutes-lanudos e cavalos na região de Klondike, cerca de 3.000 anos depois do esperado.

Em seguida, expandimos nossa análise para incluir 21 núcleos de pergelissolo coletados anteriormente de quatro locais na região de Klondike que datam entre 4.000 e 30.000 anos atrás.

Com as tecnologias atuais, não só conseguimos identificar de quais organismos veio um conjunto de microfósseis genéticos, mas também conseguimos remontar esses fragmentos em genomas para estudar suas histórias evolutivas – apenas a partir de sedimentos.

Síntese de ossos datados, DNA ambiental antigo e sítios arqueológicos em Yukon e no Alasca (Alaska). Tradução das palavras-chave: Pleistoceno (Pleistocene) e Holoceno (Holocene). Crédito: Tyler J. Murchie.

Mudança ambiental tremenda

A transição Pleistoceno-Holoceno, que ocorreu cerca de 11.700 anos atrás, foi um período de mudanças drásticas todo o mundo. No leste da Beríngia (a antiga ponte terrestre da Eurásia e regiões não glaciais de Yukon e Alasca), esse período viu o colapso do bioma do mamute-da-estepe e sua substituição gradual pela floresta boreal.

Isso provocou a perda de megaherbívoros icônicos da era do gelo, como o mamute-lanudo, o cavalo de Yukon e o bisonte-da-estepe, juntamente com predadores como o tigre-de-dente-de-cimitarra e o leão da Beríngia, entre muitos outros.

Encontramos DNA ambiental antigo de um espectro diversificado de fauna antiga, incluindo mamutes-lanudos, cavalos, bisontes-da-estepe, renas, roedores, pássaros e muitos outros animais.

Também pudemos observar como os ecossistemas mudaram com o surgimento de arbustos lenhosos há cerca de 13.500 anos, e como isso se correlacionou com o declínio do DNA de mamutes-lanudos, cavalos e bisontes-da-estepe. Com esse conjunto de dados notavelmente rico, observamos quatro descobertas principais.

  1. Houve uma consistência surpreendente nos indicadores entre os locais, sugerindo que nossos dados eram representativos das tendências ecológicas na região.
  2. O DNA do mamute-lanudo diminui antes do aquecimento de Bølling-Allerød, um período quente no final da última era glacial, sugerindo que as perdas da megafauna podem ter sido escalonadas.
  3. Forbias (plantas herbáceas com flores) compõem um componente substancial do ecossistema do mamute-da-estepe ao lado de gramíneas.
  4. Há um indicador consistente de persistência do mamute-lanudo e do cavalo de Yukon no Holoceno, até 7.000 anos após seu desaparecimento dos registros fósseis.
Em inglês: uma árvore evolutiva mostrando a localização e o parentesco de cavalos de acordo com os genomas reconstruídos a partir de ossos e sedimentos. Crédito: Tyler J. Murchie.

Quando combinados com outros registros, nossas reconstruções genéticas sugerem que a transição do último período glacial pode ter sido mais prolongada do que os ossos datados sozinhos sugeririam.

Os mamutes, por exemplo, podem ter diminuído na abundância da população local milhares de anos antes de outras megafaunas, o que está potencialmente correlacionado com a primeira evidência controversa de humanos na região. Além disso, os animais de pastagem podem ter persistido por milhares de anos em refúgios (habitats que suportam a existência de uma população isolada).

Mamutes-lanudos ao lado de humanos

Nossos dados sugerem que cavalos e mamutes-lanudos podem ter persistido em Klondike até aproximadamente 9.000 anos atrás e talvez até 5.700 anos atrás, sobrevivendo ao seu suposto desaparecimento dos registros fósseis locais em 7.000 anos. No entanto, é possível que o DNA ambiental antigo sobreviva à erosão e à redeposição, o que poderia misturar os indicadores genéticos de diferentes períodos de tempo, exigindo um grau de cautela em nossas interpretações.

Até recentemente, não havia evidências de sobrevivência de mamutes na metade do Holoceno. Mas os estudos mostraram agora que os mamutes sobreviveram até 5.500 e 4.000 anos atrás nas ilhas do Ártico.

Pesquisadores do Centro de Geogenética em Copenhague encontraram evidências da sobrevivência tardia de cavalos e mamutes no Alasca até 7.900 anos atrás. Eles também encontraram evidências de mamutes sobrevivendo há 3.900 anos na Sibéria, ao lado de rinocerontes-lanudos há pelo menos 9.800 anos.

O bisonte-da-estepe, que se pensava ter desaparecido e sido substituído pelo bisão-americano durante o Pleistoceno, também sobreviveu há apenas 400 anos. Pudemos observar a presença de linhagens genéticas distintas de mamutes-lanudos e bisontes-da- estepe nas mesmas amostras de sedimentos, o que sugere que provavelmente havia populações distintas desses animais vivendo na mesma área.

Há um crescente corpo de evidências de que muitas megafaunas da era do gelo provavelmente sobreviveram por muito tempo na história humana registrada, vagando pelo norte durante a Idade do Bronze e enquanto os construtores trabalhavam nas pirâmides do Egito.

Pesquisadores na Dinamarca encontraram evidências de rinocerontes-lanudos sobrevivendo na Sibéria há pelo menos 9.800 anos. Crédito: Shutterstock.

Arquivos genéticos do nosso passado ecológico

A crescente sofisticação dos métodos de DNA ambiental para estudar microfósseis genéticos antigos destaca quanta informação está enterrada nos sedimentos.

O pergelissolo é ideal para preservar o DNA antigo, mas à medida que esse solo perenemente congelado derrete e se degrada com o aquecimento do Ártico, o mesmo acontecerá com o material genético preservado e os mistérios evolutivos que eles guardaram.

Os avanços na paleogenética continuam a ultrapassar os limites do que antes era relegado à ficção científica. Quem sabe quais informações evolutivas não descobertas permanecem congeladas em sedimentos comuns, escondidas em microfósseis de DNA antigo?