Alterações climáticas e o ADN do urso polar: sinais de adaptação no sudeste da Gronelândia

A corrente do Oceano Ártico está mais quente do que em qualquer momento dos últimos 125 000 anos - e a tendência de aquecimento mantém-se. Com este aumento contínuo das temperaturas, estima-se que mais de dois terços dos ursos polares possam desaparecer até 2050, e que a extinção total possa ocorrer até ao final deste século.

Apesar deste cenário, um estudo recente desenvolvido por mim e por colegas indica que o clima em mudança pode estar a desencadear alterações no genoma do urso polar, o que potencialmente lhes poderá facilitar a adaptação a habitats mais quentes.

Naturalmente, esta possibilidade depende de um factor decisivo: os ursos polares conseguirem acesso a alimento suficiente e a parceiros reprodutivos. Se essas condições falharem, mesmo alterações genéticas potencialmente benéficas poderão não ser suficientes para garantir a sobrevivência em ambientes cada vez mais hostis.

Um sinal claro na Gronelândia: temperatura e ADN do urso polar

Identificámos uma associação robusta entre o aumento das temperaturas no sudeste da Gronelândia e mudanças observáveis no ADN dos ursos polares.

Para sustentar a análise, recorremos a dados genéticos de acesso público provenientes de um grupo de investigação da Universidade de Washington (EUA). Esse conjunto de dados foi criado a partir de amostras de sangue recolhidas em ursos polares do norte e do sudeste da Gronelândia.

O nosso trabalho partiu de conclusões anteriores desse mesmo estudo, que mostrou que a população do sudeste era geneticamente distinta da do nordeste. De acordo com esses resultados, os ursos do sudeste terão migrado a partir do norte e ficado isolados há cerca de 200 anos, formando um grupo separado.

Nesse estudo anterior, os investigadores isolaram RNA das amostras de sangue e realizaram sequenciação. Utilizámos esses dados para analisar a expressão de RNA - isto é, os “mensageiros” que indicam que genes estão activos - e relacioná-la com variáveis climáticas.

A temperatura muda alguma coisa?

A partir das nossas análises, observámos que o nordeste da Gronelândia apresenta temperaturas mais frias e menos variáveis, enquanto o sudeste regista valores mais quentes e com maior flutuação.

A figura apresentada no estudo (não incluída aqui) sintetiza estes padrões e mostra como as condições mais quentes e instáveis se concentram no sudeste. Para os ursos polares, isto traduz-se numa alteração rápida do habitat e em novos constrangimentos ecológicos.

No sudeste, a margem da camada de gelo - a fronteira da massa gelada, que ocupa cerca de 80% da Gronelândia - está a recuar de forma acelerada, provocando uma perda extensa de gelo e de habitat.

Esta perda é particularmente grave para os ursos polares, porque reduz as plataformas de caça de que dependem para capturar focas, aumentando o isolamento e a escassez de alimento. Em termos de paisagem, o nordeste corresponde a uma vasta e plana tundra ártica, enquanto o sudeste é dominado por tundra florestada (zona de transição entre floresta de coníferas e tundra ártica). Além disso, o sudeste apresenta níveis elevados de chuva e vento, bem como montanhas costeiras íngremes.

Como as alterações climáticas estão a transformar o ADN do urso polar (genes saltitões incluídos)

O ADN funciona como um manual de instruções presente em todas as células, orientando o crescimento e o desenvolvimento dos organismos. Em processos conhecidos como transcrição e tradução, o ADN é copiado para produzir RNA (moléculas que reflectem a actividade genética) e pode conduzir à produção de proteínas - bem como à cópia de elementos transponíveis (ET), muitas vezes chamados “genes saltitões”. Estes fragmentos móveis do genoma conseguem deslocar-se e influenciar o funcionamento de outros genes.

Ao longo do tempo, a sequência do ADN pode alterar-se gradualmente por evolução. No entanto, stress ambiental, como um clima mais quente, pode acelerar este processo.

Os ET comportam-se como peças que se podem rearranjar: por vezes, essa mobilidade pode contribuir para a adaptação a novos ambientes. No genoma do urso polar, cerca de 38,1% é constituído por ET. Existem várias famílias com comportamentos ligeiramente diferentes, mas, em termos gerais, são fragmentos móveis capazes de se reinserir de forma aleatória em diferentes locais do genoma.

Para referência, no genoma humano, aproximadamente 45% corresponde a ET, e em plantas esta proporção pode ultrapassar 70%. O organismo dispõe de pequenas moléculas protectoras - os piRNAs (RNAs de interacção com Piwi) - que podem silenciar a actividade dos ET.

Ainda assim, quando o stress ambiental é demasiado intenso, esses mecanismos de protecção podem não conseguir acompanhar a actividade “invasiva” dos ET. No nosso trabalho, detectámos que o clima mais quente do sudeste está associado a uma mobilização em massa de ET ao longo do genoma do urso polar, alterando a sua sequência.

Também verificámos que as sequências de ET no sudeste pareciam mais recentes e mais abundantes. Mais de 1 500 destes elementos apresentaram aumento de expressão, o que aponta para mudanças genéticas recentes que poderão ajudar os ursos a lidar com o aumento de temperatura.

Alguns desses elementos sobrepõem-se a genes associados a respostas ao stress e ao metabolismo, sugerindo um possível papel na adaptação às alterações climáticas. Ao estudar estes genes saltitões, foi possível perceber de que modo o genoma do urso polar pode reagir - a curto prazo - ao stress ambiental e a climas mais quentes.

O que estes sinais podem significar para a sobrevivência do urso polar

Os nossos resultados indicam que determinados genes ligados ao stress térmico, ao envelhecimento e ao metabolismo apresentam comportamentos diferentes na população do sudeste, o que é compatível com um processo de ajuste às novas condições.

Além disso, identificámos genes saltitões activos em regiões do genoma associadas a processos de gestão e transformação de gorduras - um aspecto crítico quando o alimento é limitado. Isto pode significar que os ursos do sudeste estão, lentamente, a ajustar-se a dietas mais “ásperas” e com maior componente vegetal, mais prováveis em regiões de clima mais ameno. Em contraste, as populações do norte alimentam-se sobretudo de focas ricas em gordura.

No conjunto, as alterações climáticas estão a remodelar os habitats do urso polar e a associar-se a mudanças genéticas, com os ursos do sudeste a apresentarem sinais de evolução para enfrentar novos terrenos e novas pressões alimentares. Investigações futuras poderão alargar esta abordagem a outras populações de ursos polares que também vivem em climas particularmente exigentes.

Um ponto adicional importante é que estas pistas genómicas não anulam as ameaças imediatas: sem gelo suficiente, a caça torna-se menos eficiente e a reprodução pode diminuir. Por isso, a conservação do urso polar continua a depender tanto da compreensão biológica como de medidas que reduzam o ritmo de aquecimento e protejam zonas-chave de alimentação e reprodução.

Também é essencial reforçar a monitorização a longo prazo, combinando dados climáticos (como os registados pelo Instituto Meteorológico Dinamarquês) com amostragens genéticas regulares. Só com séries temporais consistentes será possível distinguir adaptações duradouras de respostas transitórias e perceber que populações estão, de facto, mais vulneráveis.

Alice Godden, Investigadora Associada Sénior, Escola de Ciências Biológicas, Universidade de Ânglia Oriental

Este artigo foi republicado a partir da plataforma A Conversa, ao abrigo de uma licença Comuns Criativas. Leia o artigo original.