Contando as espécies: como o código de barras do DNA está reescrevendo o livro da vida

“Não sabemos quantas espécies vivem na Terra. O código de barras pode mudar isso – e abrir o caminho para descobertas incríveis”.

A área de conservação de uanacaste no noroeste da Costa Rica é o lugar com mais códigos de barras de DNA na Terra. Em sua fronteira oeste, onças-pintadas caçam tartarugas nos manguezais que margeiam a costa do Pacífico. Macacos-aranha ameaçados de extinção balançam pela floresta tropical seca, os restos de um ecossistema que está desaparecendo rapidamente e que já foi do norte do México ao Panamá.

Nas encostas dos vulcões, o último antes do Lago Nicarágua ao norte, a floresta tropical cobre a terra. No alto dos picos vulcânicos, o ar fresco e úmido trazido pelos ventos alísios do Atlântico forma florestas de nuvens. Há muita vida para documentar neste local do patrimônio mundial, que tem aproximadamente o tamanho da cidade de Nova York.

À medida que a sexta extinção em massa da vida na Terra ganha ritmo, a humanidade só pode fazer uma estimativa bem informada sobre a verdadeira magnitude da perda. Identificamos cerca de 2 milhões de espécies no planeta. Sabemos que sua abundância despencou. Mas com as estimativas para o total variando de 8,7 milhões a um trilhão , ainda não conseguimos responder a uma pergunta fundamental: quantas espécies existem na Terra ?

Até recentemente, havia pouca esperança de uma solução rápida para o chamado “impedimento taxonômico”, a frase usada para descrever nosso relato inadequado da biblioteca da vida do mundo e a escassez de taxonomistas. O conhecimento detalhado das espécies era perdido rotineiramente quando especialistas morriam. A maioria das plantas e animais que foram extintos escapuliram despercebidos e sem registro, vítimas anônimas de consumo e superpopulação humanos.

Mas isso foi antes da invenção do código de barras do DNA. Em 2003, o cientista canadense Paul Hebert publicou um estudo afirmando ter desenvolvido uma técnica que poderia identificar e diferenciar entre todas as espécies animais da Terra. Usando mariposas comuns coletadas em seu próprio quintal, ele identificou com sucesso 200 espécies estreitamente relacionadas usando o gene mitocondrial citocromo c oxidase I (COI) , que está presente em toda a vida aeróbia.

Hebert, conhecido principalmente por sua experiência em pulgas d’água na época, o quebrou. A curta sequência genética serviria como um código de barras de DNA para todos os animais, separando as espécies por sua divergência genética. Uma seção equivalente de DNA pode ser usada para discriminar entre plantas e fungos. As coleções do museu também podem ser identificadas. O código de barras também era barato. Tudo o que ele precisava agora era de US $ 1 bilhão para identificar os milhões de animais desconhecidos para a ciência, uma fração do custo da Estação Espacial Internacional ou do Projeto Genoma Humano, concluiu o jornal. Mas o estudo de Hebert não foi recebido com aclamação universal.

“Eu estava surpreso. Eu havia antecipado críticas severas dos morfologistas. Mas eu não esperava críticas de meus colegas da biologia evolutiva ”, relata Hebert. Ele foi acusado de agir como um “criacionista”. Outros disseram que suas descobertas não foram interessantes.

Mas quase duas décadas depois, o código de barras de DNA se tornou a tendência. Em agosto, Hebert, professor da Universidade de Guelph em Ontário, recebeu o prestigioso prêmio Midori por criar “uma aliança de pesquisa que está revolucionando nossa compreensão da biodiversidade planetária”.

O código de barras de DNA tem sido usado para rastrear o comércio ilegal de animais selvagens e plantas, monitorar a qualidade da água e até mesmo descobrir a venda de tubarões ameaçados de extinção em peixes e batatas fritas. A técnica desmascarou as chamadas espécies crípticas que foram identificadas como um animal por abordagens taxonômicas tradicionais, mas são na verdade muitas criaturas distintas que parecem iguais ao olho humano.

Até agora, a biblioteca de referência de espécies supervisionada pelo International Barcode of Life (iBOL), da qual Hebert é o diretor científico, totaliza cerca de 750.000 espécies. No ano passado, o grupo lançou um projeto de US $ 180 milhões para codificar em barras mais dois milhões de espécies em todo o mundo, aproximadamente o número total de flora e fauna já descritos usando a taxonomia tradicional. Embora as estimativas para o número de espécies de plantas, animais e fungos variem de oito a 20 milhões, acredita-se que os insetos sejam responsáveis ​​por um grande número de espécies não descobertas. Cerca de US $ 60 milhões foram arrecadados para o projeto até agora.

Benefícios

Os benefícios de conhecer a biblioteca da vida da Terra não se limitam a compreender a extensão da perda de biodiversidade. Descobertas na medicina, agricultura, alimentos, engenharia e até produtos de beleza estão escondidas nos genomas das espécies que receberão códigos de barras. Uma biblioteca completa da vida poderia sustentar as redes de distribuição de alimentos, permitir que um acessório de smartphone identificasse qualquer pedaço de material orgânico na Terra e integrasse a história natural ao tecido social, cultural e econômico da sociedade.

Agora Hebert voltou sua atenção para a criação de um sistema global de biovigilância sustentado por códigos de barras que monitorará continuamente o planeta e verificará a saúde dos ecossistemas globais quase em tempo real. Uma rede de satélites, drones subaquáticos e sequenciadores de DNA patrulharia a Terra, alertando cientistas e governos sobre quaisquer mudanças perigosas, interceptando novas doenças e destacando atividades humanas prejudiciais. Ele estima que custaria US $ 1 bilhão em 20 anos.

“Cada espécie é um livro da vida, e é cerca de 10 vezes maior do que o livro mais longo já escrito por qualquer ser humano.”

Prof Paul Hebert

Existem boas razões para criar tal sistema. Em comparação com a infraestrutura de monitoramento atmosférico e bilhões de dinheiro para pesquisa para combater a crise climática, os recursos dedicados a medir a aniquilação biológica contínua da vida na Terra são lamentáveis. A história do aquecimento do nosso planeta é baseada em mais de 150 anos de registros meteorológicos, embora não seja incomum que estudos sobre o colapso de insetos sejam baseados em números compilados por entomologistas amadores.

“É um milhão de séculos entre cada evento de extinção em massa e estamos vivendo no século que traz o próximo”, diz Hebert. “Estamos falando da perda irrevogável de conhecimento na maior escala já experimentada pela humanidade – impulsionada pela humanidade. Porque cada um desses genomas e cada uma dessas espécies: é um livro da vida, e é cerca de 10 vezes maior do que o livro mais longo já escrito por qualquer ser humano. Portanto, acho que a história nos indiciará severamente por permitir essa erosão do conhecimento em uma escala absolutamente sem precedentes ”.

Pioneiros

A área de conservação de Guanacaste , Patrimônio Mundial (ACG na sigla em espanhol), existe em grande parte graças a uma vida inteira de trabalho dos professores Daniel Janzen e Winnie Hallwachs da Universidade da Pensilvânia . Dan e Winnie, como são conhecidos por todos, dividem suas vidas entre a Filadélfia e uma cabana na floresta no parque nacional de Santa Rosa, que faz parte do ACG. Eles compreenderam imediatamente o potencial da inovação de Hebert e são os principais impulsionadores da candidatura da Costa Rica para se tornar o país com mais códigos de barras da Terra com um novo projeto: BioAlfa.

“Para mim, a invenção do código de barras do DNA é facilmente tão significativa quanto a descoberta do DNA”, diz Janzen enquanto sentamos do lado de fora de sua casa na floresta. “E você poderia até mesmo voltar a alguma descoberta maior que tivemos – o microscópio, por exemplo.” O ecologista evolucionário de 81 anos é um talento geracional em sua área, ganhador do prêmio Crafoord e bolsista MacArthur. Seus colegas também admiram sua bravura, trabalho árduo e excelente vendedor.

O BioAlfa visa registrar e descrever sistematicamente toda a biodiversidade da Costa Rica, com códigos de barras em seu coração. Em 2019, o presidente Carlos Alvarado Quesada designou o esquema de importância nacional, mas ele ainda precisa de US $ 100 milhões para tornar suas metas uma realidade autossustentável. Enquanto os países temperados lançaram esquemas semelhantes, a abundância de vida nos trópicos torna o BioAlfa um desafio completamente diferente.

O país centro-americano abriga cerca de 4% da biodiversidade mundial. A coexistência com a natureza faz parte da essência da Costa Rica e promove ambiciosos planos de descarbonização e exerce influência internacional na área ambiental. Superar o impedimento taxonômico dentro de suas fronteiras, identificando e entendendo toda a sua flora e flora seria uma conquista sem precedentes. Hebert reservou metade de sua capacidade de códigos de barras para o BioAlfa este ano.

Janzen começou a documentar a vida nas florestas tropicais secas do norte da Costa Rica após coletar folhas para alimentar Rufus, uma anta adolescente agitada, em meados dos anos 70. O herbívoro parecido com porco ficou órfão e confiado a amigos, sobrevivendo com restos da mesa da cozinha. Mas Rufus não era mais bem-vindo no jantar depois que soube que um puxão rápido na toalha da mesa faria um banquete cair no chão.

“Quando ele foi banido para fora, eu me perguntei que tipo de folhas ele comeria”, diz Janzen, rindo enquanto conta a história.

Janzen dirigiu até a floresta do parque nacional de Santa Rosa, que agora faz parte do ACG, e encheu sacos plásticos com uma série de folhas para Rufus. Mas quando voltou ao curral, percebeu que não conseguia identificar as folhas que a anta agradecida estava devorando. Então ele voltou para Santa Rosa com um botânico e passou os seis meses seguintes identificando as plantas nas florestas. Em seguida, ele passou para os insetos.

‘Fábricas de borboletas’

Uma rede de armadilhas de mal-estar, postos de lâmpadas de traça e celeiros de criação – jocosamente conhecidos como “fábricas de borboletas” para aqueles que trabalham neles – foi estabelecida em diferentes ecossistemas para registrar a vida dos insetos. A pesquisa meticulosa ajudará a tornar possível um sistema de biovigilância global, mas precisa ser conduzido em todos os lugares.

Um antigo galpão de búfalos está cheio de fileiras cuidadosamente organizadas de sacos plásticos, cada um contendo uma lagarta se banqueteando com folhas da floresta tropical próxima. Osvaldo, ex-pescador de tubarões e assistente de campo do casal por 30 anos, segura uma lagarta faminta escondida sob uma folha. O inseto será cuidadosamente criado e enviado ao Canadá para análise de código de barras de DNA no laboratório de Hebert assim que completar seu ciclo de vida.

A lagarta é uma criatura caótica que se contorce na luz quando Osvaldo vira a folha, a ponta do corpo estremecendo como o chocalho de uma cobra venenosa. Seus tons de marrom e bege combinam como uma obra de arte cubista. O código de barras pode mostrar que é uma nova espécie.

“Há muito maiores do que isso”, conta Osvaldo, desaparecendo nas filas de sacolas plásticas.

A próxima lagarta é enorme, coberta de pontas laranja e azuis. Emite um som de clique baixo e murmurado enquanto Osvaldo acaricia suas costas. Atravessamos para o outro lado do celeiro de criação para inspecionar as pupas em seu estágio final de desenvolvimento. Osvaldo se delicia com a variedade de formas e cores da crisálida.

Mas nem todos se tornam borboletas e mariposas. Os sacos cheios de pupas mortas são movidos para outra linha no celeiro. A partir deles, os parasitóides emergem de ovos que foram colocados dentro de hospedeiros desavisados ​​que eles devoraram lentamente.

No prédio principal em uma colina acima do celeiro de criação, Gloria, outra parataxonimista, me mostra fotos de como as pupas são alteradas pelos parasitóides. Alguns parecem que foram recheados com poliestireno. Outros parecem normais, exceto por pequenos grupos de bolhas pretas na pupa. Às vezes saem moscas, às vezes vespas.

Gloria está inspecionando cuidadosamente os potes de vidro cheios de pupas dos parasitóides, inserindo informações sobre o espécime hospedeiro de onde eles emergiram e tirando fotos. Eles também serão enviados para códigos de barras de DNA para melhor compreender a teia da vida no ACG.

Os resultados desse processo foram surpreendentes. Quase 200 novas espécies de vespas parasitóides foram descobertas, onde apenas três haviam sido descritas anteriormente. Pelo menos mais 3.000 espécies foram codificadas em barras e aguardam a atenção de um taxonomista para apresentá-las formalmente à ciência.

Embora a emoção da descoberta seja um fim em si mesma, a biblioteca de espécies que o BioAlfa ajudará a criar também será de importância econômica. Um código de barras de DNA é apenas uma forma de identificar um organismo, mas o genoma – toda a sua sequência – pode ser lucrativo: a base para novas descobertas na medicina, agricultura, alimentação e beleza.

Juntamente com a conservação e a sustentabilidade, a partilha dos benefícios dos recursos genéticos é o terceiro e frequentemente ignorado pilar da convenção das Nações Unidas sobre diversidade biológica que, espera-se, produzirá o “Acordo de Paris para a natureza” em 2021. Os países em desenvolvimento, que normalmente são os mais biodiversos, querem apenas o pagamento pelas riquezas que podem se esconder em seus ecossistemas.

No sentido horário, a partir do canto superior esquerdo: o parataxonomista Gloria segura uma larva morta por parasitóides; Janzen aponta para uma caixa de insetos secos e preservados; caixas de amostras de insetos e plantas coletadas no ACG para análise; Janzen mantém amostras de pernas de insetos que serão enviadas para análise de código de barras de DNA no Canadá. 

Janzen e Hallwachs, junto com o governo da Costa Rica, estão bem cientes desse problema e dos benefícios econômicos potenciais do BioAlfa. Qualquer pessoa que passe muito tempo com Janzen verá seu fiel pente emergir do bolso de trás – o início de uma história sobre o futuro de ser capaz de identificar qualquer organismo em qualquer lugar com um dispositivo que se conecta a um iPhone. Usando um sensor do tamanho de um favo, diz ele, os agricultores serão capazes de calcular o custo econômico do corte da floresta tropical para o gado ou plantações de monocultura, verificando rapidamente as áreas para possíveis descobertas.

A Costa Rica já teve sucesso precoce na bioprospecção. Ao sul do ACG fica a península de Nicoya, uma das quatro zonas azuis da Terra onde os humanos vivem rotineiramente com mais de 100 anos. Em 2017, a Chanel lançou sua linha de cuidados com a pele Blue Serum, que usa ingredientes daqui. Antioxidantes do café verde da região foram usados ​​e o governo da Costa Rica recebeu o pagamento. A biblioteca da vida do BioAlfa pode trazer muito mais dias de pagamento.

Extinções desconhecidas

Indo para a floresta tropical seca, a uma curta distância de carro da cabana de Janzen e Hallwachs, inspecionamos o número de mariposas que surgiram nas primeiras semanas da estação chuvosa.

Para o olho não treinado, as centenas de insetos no lençol branco na escuridão oprimem e alegram em igual medida. Mariposas do tamanho de pássaros voam em volta da minha cabeça, roçando minhas orelhas, pernas e cada parte descoberta do corpo. Lagartixas espreitam no canto do lençol pegando as mariposas menores. Sapos mexicanos escavadores arrotam em uníssono no vale abaixo do posto de iluminação. Mas o casal é rápido em moderar minha exuberância ingênua.

Costumava haver muitos mais, Hallwachs calmamente me assegura enquanto ficamos parados com a escuridão em nossas costas, olhando para a tela espetacular. “Estão faltando todos os tipos de espécies”, diz ela.

No dia seguinte, Janzen me mostra uma foto da mesma estação de luz em 1984 – mal é possível ver o linho branco sob a camada de mariposas.

Quando Hallwachs me mostra meu quarto na primeira noite de minha segunda visita ao parque, aponto, em meio ao clima tempestuoso, vaga-lumes piscando em volta das árvores. É uma espécie de vaga-lume que só aparece nas primeiras semanas da estação das chuvas, diz ela.

“Os números do Firefly estão diminuindo em todo o mundo. E eles não são tão abundantes como costumavam ser. Mas eles são mágicos. Eles são totalmente mágicos ”, diz ela, enquanto nos agachamos na chuva e os admiramos.

“Temos espécies ameaçadas de extinção comendo espécies ameaçadas para se manterem”.

Daniel Janzen

O ACG é marcado pela extração humana: marcas de cicatrizes nas árvores de chicle, que foram visadas na segunda guerra mundial para fornecer goma de mascar; tocos de mogno, ainda sólidos como rocha décadas depois de serem derrubados; a floresta de mangue que foi cortada para tingir têxteis. Todos são indicadores do consumo excessivo que leva à perda de biodiversidade em todo o mundo.

Em meu último dia com o casal, eles satisfazem meu interesse na praia no flanco oeste do ACG, que pode ter a maior concentração de onças-pintadas da América Central. No meio de outra tempestade da estação das chuvas, Janzen para o 4×4 em que viajamos para explicar o porquê.

“Quando cheguei aqui por volta de 1971, conheci um velho caçador de onças que caçava com cães. E ele me disse, sem se gabar, apenas com naturalidade, que normalmente tira de cinco a seis onças-pintadas por ano deste vale. Então, alguns anos depois, estou explorando este vale em busca de lagartas e tudo mais. E eu olho ao meu redor como um caçador, como alguém que entende de comida selvagem. E eu digo a mim mesmo, ‘de jeito nenhum este vale suporta de cinco a seis onças por ano’.

“Anos depois, um biólogo chamado Luis Fonseca começou a estudar a desova das tartarugas marinhas nesta praia daqui. E logo ele descobriu que as onças estavam matando as tartarugas marinhas – não os ovos – mas todo o adulto.

“São quatro espécies de tartarugas que nidificam nesta praia. Dois são regulares durante todo o ano. Então aí está a comida! Temos espécies ameaçadas de extinção comendo espécies ameaçadas para se manterem vivos. ”

Costumava haver mais de tudo, todo mundo tem certeza, mas quantificar o que mais pode estar escapando é difícil quando há milhões de espécies restantes para documentar. Talvez o código de barras do DNA possa corrigir isso.

Fonte: The Guardian