Resolvido o quebra-cabeça evolutivo: Killifishes do Atlântico crescem em água altamente poluída.

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Por quatro décadas, resíduos de fábricas fluíram nas águas do Porto de New BedFord, que possui um estuário de 18 mil hectares e é um porto muito movimentado.  O porto, que está contaminado com Bifenilpoliclorado – em inglês, PCBs – e metais pesados, é um dos maiores locais de limpeza da Agência de Proteção Ambiental (Environmental Protection Agency – EPA). Nesse local, pesquisadores do Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) e seus colegas trabalham para resolver um quebra-cabeça evolutivo.

Killifishes do Atlântico – peixes estuarinos comuns com cerca de três centímetros de comprimento – não estão apenas tolerando as condições tóxicas do porto, eles parecem estar se reproduzindo nesse local. Como são capazes de se adaptar e viver num ambiente altamente contaminado?

Em um artigo pulicado na BMC – Biologia Evolutiva – pesquisadores descobriram que mudanças em uma proteína receptora, chamada de Receptor de Hidrocarboneto Aromático 2 (AHR2), pode explicar como Killifishes do porto de Bedford desenvolveram resistência genética ao Bifenilpoliclorado.

Killifishes são presas que não migram. Eles vivem toda vida na mesma área, geralmente dentro de algumas centenas de metros do local onde nasceram. Ao contrário de outros peixes que migram ao porto nos meses de verão em busca de alimentos, o Killifish permanece todo ano no mesmo local e passa todo inverno entocado em sedimentos contaminados.

Normalmente, quando peixes são expostos a substâncias químicas nocivas, seus corpos incrementam a produção de enzimas que minimizam os efeitos dos poluentes, um processo controlado pela proteína AHR2.  Os efeitos de alguns Bifenilpoliclorados não são atenuados dessa maneira, e os estímulos contínuos do AHR2 rompem as funções celulares, levando à toxicidade. Nos Killifishes do porto de New BedFord, o sistema do AHR2 se tornou resistente a este efeito.

“Os Killifishes conseguiram romper o caminho”, disse Mark Hahn, biólogo do WHOI e coautor do artigo. “Isso é um exemplo de como algumas populações são capazes de se adaptar a mudanças em seus ambientes – uma evolução instantânea em curso.”

O grupo de pesquisa, que inclui participantes da Divisão de Ecologia do Atlântico, ligado à Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos, à Escola de Saúde Pública da Universidade de Boston, e à Universidade da Carolina do Norte em Charlotte, usaram a abordagem de um ‘gene candidato’, sequenciando a porção codificadora de proteína de três genes candidatos à resistência (AHR1, AHR2, AHRR) em peixes da área do porto de New Bedford e seis de outras áreas, ambas limpas e poluídas ao longo da costa nordeste.

Ao procurar por Polimorfismo de Nucleotídeo Único (Single Nucleotide Polymorphism, SNP) ou variações sutis nas sequências de DNA, eles encontraram diferenças no AHR2, que desempenha um importante papel na mediação de toxicidade em estágios iniciais de vida.

“A função desse receptor é o que media os efeitos tóxicos” disse Sibel Karchner, coautor e biólogo do laboratório de Hahn. “Se você não tem um receptor funcional, então você não conseguirá obter os efeitos tóxicos tanto quanto os peixes que tenham tal receptor”.

AHR2 em Killifishes possui 951 aminoácidos e nove deles variam entre indivíduos dessa espécie. Diferentes combinações de aminoácidos variantes conduz a formação de 26 formas diferentes de proteínas.

“Podemos observar que o padrão de variantes dos killifishes do porto de New Bedford é muito diferente dos padrões de áreas próximas, o que não é esperado em condições normais,” disse Hahn. “Há poucas variantes proteicas que são comuns em killifishes do porto de New Bedford, mas incomum em qualquer outro lugar. Similarmente, as variantes proteicas que são mais comuns em áreas próximas ao porto, são menos comuns nos killifishes do porto de New Bedford.” Um artigo publicado na Biologia Evolutiva do BMC por pesquisadores do laboratório do EPA em Narragansett, Rhode Island, que utilizaram uma abordagem de ‘varredura de genes candidatos’ – examinando Polimorfismo de Nucleotídeo Único em 42 genes associados à via AHR – também identificado como AHR2, um gene que parece estar sob seleção e provavelmente está envolvido na resistência. Os resultados sugerem que a evolução da resistência em populações independentes de killifishes converge para o mesmo gene alvo. “Os resultados e as ferramentas genéticas desenvolvidas durante esse estudo estão ajudando a desvendar como a evolução ocorre em escala contemporânea (em vez de geológica) e por que algumas espécies são propensas a se adaptarem a um mundo em constante mudança,” disse Diane Nacci, bióloga pesquisadora do EPA e coautora de ambos os artigos.

AHR2 é também o mesmo gene já identificado em Bifenilpoliclorados resistentes na espécie tomcod (família do bacalhau) do Rio Hudson, apresentado em um artigo da Science de 2011 por biólogos do WHOI e seus colegas da Universidade de Nova York e da Administração Nacional Oceânica e Atmosférica (NOAA). Proteínas do AHR2 em tomcods do rio Hudson não possuem dois dos 1104 aminoácidos normalmente encontrados nessa proteína.

“Embora as alterações moleculares específicas encontradas no Bifenilpoliclorado resistente da espécie tomcod e killifish sejam diferentes,  em ambas espécies, o AHR2 parece ser um dos genes – senão o principal – responsável pela resistência,” disse Hahn.

Apesar de os killifishes serem imunes aos efeitos tóxicos do Bifenilpoliclorado, eles ainda podem transferi-lo à cadeia alimentar.  Eles são a maior fonte de alimento de anchovas, robalos e outros peixes que servem de alimento aos humanos.

Apesar de possuírem aparência saudável, poderia haver impactos negativos e desconhecidos associados à resistência do Bifenilpoliclorado para os killifishes do porto de New Bedford. Pesquisadores olharão adiante para saber como essa adaptação afeta o modo como os killifishes são capazes de responder a outros estresses em seu ambiente, assim como baixos níveis de oxigênio.

“Obviamente, o fato de serem resistentes aos Bifenilpoliclorados permite que sobrevivam em ambientes poluídos,  mas o que acontecerá quando o porto estiver limpo? Poderia haver consequências que tornariam o local não mais viável para sobrevivência dessa espécie de peixe,” disse Hahn. “Isso é um exemplo fascinante de como a ação antrópica pode conduzir a evolução”, ele acrescentou. “A capacidade de se adaptar a condições de mudanças se tornará ainda mais importante conforme as atividades antrópicas impactam o meio ambiente, sejam pela acidificação dos oceanos, aumento de temperaturas ou outros tipo de mudanças globais que vem ocorrendo.”

Além de Hahn e Karchner, os pesquisadores do WHOI envolvidos no trabalho incluem o autor Adam Reitzel (agora professor assistente da Universidade da Carolina do Norte em Charlotte), e Diana Franks. Esse trabalho teve apoio do Instituto de Ciências Ambientas (NIEHS) através de um programa de pesquisa da Universidade de Boston, a Fundação do Rio Hudson e uma bolsa da Fundação Nacional de Ciência.

Referência:

  • Adam M Reitzel, Sibel I Karchner, Diana G Franks, Brad R Evans, Diane Nacci, Denise Champlin, Verónica M Vieira, Mark E Hahn. Genetic variation at aryl hydrocarbon receptor (AHR) loci in populations of Atlantic killifish (Fundulus heteroclitus) inhabiting polluted and reference habitatsBMC Evolutionary Biology, 2014; 14 (1): 6 DOI: 10.1186/1471-2148-14-6

Woods Hole Oceanographic Institution. “Solving an evolutionary puzzle: Atlantic killifish thriving in highly polluted water.” ScienceDaily. ScienceDaily, 12 February 2014. <www.sciencedaily.com/releases/2014/02/140212144607.htm>.

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