Um estudo da Universidade de Zurique reconstruiu quase 20 mil genomas mitocondriais a partir de algas e amebas encontradas em 362 lagos e reservatórios distribuídos por todos os continentes.
Menos de um em cada 20 genomas pôde ser associado a um gênero conhecido nos registros genéticos. O resultado revela quanto da vida microscópica permaneceu invisível até agora, mesmo em lagos estudados há décadas, e expõe uma lacuna enorme nas bibliotecas de DNA disponíveis.
Os cientistas precisam de um catálogo de espécies conhecidas para identificar os organismos que encontram, mas essa base de referência tem lacunas. A análise agora criou um novo catálogo genético com milhares de organismos previamente não documentados, oferecendo uma ferramenta para reconhecer a vida que habita as águas doces do planeta.
Algas tóxicas e a importância da identificação genética
Sob o microscópio, uma alga inofensiva e uma espécie tóxica aparentada parecem idênticas, mas o DNA as diferencia. Algumas algas produzem toxinas perigosas quando as condições favorecem o crescimento rápido de suas populações, gerando florações nocivas capazes de devastar ecossistemas aquáticos.
Em 2022, uma floração massiva da alga dourada Prymnesium parvum no rio Oder, na fronteira entre Alemanha e Polônia, matou cerca de 360 toneladas métricas de peixes, num desastre alimentado por níveis inusitadamente altos de sal combinados com seca e excesso de nutrientes.
Identificar rapidamente essas espécies tóxicas pode evitar catástrofes ambientais. O DNA permite diferenciar organismos visualmente semelhantes e ajuda gestores de água a responder às ameaças antes que florações prejudiciais se formem.
Como os pesquisadores leram o DNA das águas
A equipe coletou amostras de água de lagos, as filtrou e sequenciou todo o DNA capturado de uma vez — sem saber antecipadamente quais organismos estavam presentes. Esse método produz um grande volume misto de fragmentos genéticos de bactérias, vírus e todas as outras formas de vida na água.
Um programa de computador treinado para identificar um tipo específico de DNA analisou esse grande volume de informação em busca de fragmentos de mitocôndrias — organelas celulares que produzem a maior parte da energia da célula e carregam um pequeno conjunto próprio de genes.
O tamanho reduzido do DNA mitocondrial oferecia uma vantagem crucial. Quando o DNA de algas e amebas é escasso em uma amostra, um genoma curto é muito mais fácil de reconstruir do que o DNA muito maior encontrado no núcleo da célula.
Os pesquisadores precisavam de um critério para determinar quando dois genomas pertencem à mesma espécie. Eles escolheram um limite de 98,1% de similaridade: genomas mitocondriais com pelo menos esse nível de semelhança foram considerados da mesma espécie.
Quando testaram essa regra com espécies conhecidas, o critério coincidiu com as classificações existentes em cerca de 92% dos casos. Abordagens genéticas semelhantes usadas em outros levantamentos de DNA atingem apenas 63%.
Um atlas que revela biodiversidade perdida
Os pesquisadores reuniram 3.400 conjuntos de dados de DNA — alguns públicos, outros baseados em amostras recém-coletadas — de lagos em 28 países. Algumas águas foram amostradas uma única vez; outras foram monitoradas ao longo de anos.
Após verificações rigorosas para descartar tudo que não fosse DNA mitocondrial, mantiveram 19.925 genomas de aproximadamente 3.660 espécies provenientes de ambientes muito diferentes, todas classificadas pela mesma regra.
O novo atlas de lagos agora supera o RefSeq, a principal coleção de referência de genomas do mundo, em várias categorias. Para vários grupos de algas e organismos relacionados, o catálogo contém de seis a mais de 20 vezes o número de espécies registradas anteriormente.
Cerca de 750 espécies encontradas não podem ser classificadas em nenhum grupo conhecido. Lucas Serra Moncadas disse ao Earth que esses achados revelam o tamanho das lacunas no conhecimento científico e que grande parte da biodiversidade que mantém os lagos funcionando ainda não foi documentada.
Quando esse método não consegue encontrar organismos nos lagos
Embora o novo catálogo amplie o conhecimento, ele ainda deixa criaturas invisíveis na água. Alguns organismos unicelulares têm mitocôndrias muito incomuns ou não possuem mitocôndrias — e a busca por DNA mitocondrial não os encontra. Além disso, espécies muito raras podem não aparecer em quantidade suficiente nas amostras para que seus genomas sejam reconstruídos completamente.
Há também o problema da cobertura geográfica desigual: a maioria das amostras veio de certas regiões do planeta, deixando lacunas em outras. E muitos dos genomas recuperados são apenas fragmentos, não sequências completas. Isso significa que mesmo com esse avanço, parte significativa da vida microscópica dos lagos ainda permanece oculta.
