DNA de um Milhão de Anos Oferece um Olhar sobre a Evolução dos Mamutes

17 de fevereiro de 2021

Em 2013, o ADN de um cavalo que viveu entre 560.000 e 780.000 anos atrás foi sequenciado. Foi a amostra de ADN mais antiga alguma vez analisada. Mas esse recorde foi recentemente ultrapassado por van der Valk e colegas, que escreveram na Nature. Os autores recuperaram ADN dos molares de três mamutes encontrados no nordeste da Sibéria, dois dos quais viveram há mais de um milhão de anos.

Os autores isolaram o DNA de molares que tinham sido previamente recolhidos do permafrost siberiano. Eles confiaram em métodos que maximizam a recuperação de fragmentos curtos de DNA residual. As baixas temperaturas reduziram a degradação do DNA ao longo de escalas de tempo geológico.

Os autores dataram os mamutes utilizando biostratigrafia, na qual os restos faunísticos nos locais onde os molares foram recolhidos são correlacionados com a fauna em locais para os quais estão disponíveis datas absolutas. Eles também estimaram a antiguidade dos espécimes através da datação molecular do DNA em um orgânulo celular chamado mitocôndria, porque uma percentagem mais elevada do genoma mitocondrial foi coberta por sequenciação do que a do DNA nuclear (embora estimativas de data semelhantes tenham sido obtidas utilizando DNA nuclear dos dois espécimes mais recentes).

Os dados do mitogenoma revelaram que o mais recente dos três espécimes de mamute, apelidado de Chukochya, viveu há mais de 680.000 anos (para comparação, o icónico mamute lanoso, Mammuthus primigenius, apareceu pela primeira vez no registo fóssil há cerca de 700.000 anos). Numa árvore filogenética feita usando ADN nuclear, Chukochya caiu fora de um grupo que compreende todos os mamutes lanosos do Pleistoceno Superior (129.000–12.000 anos atrás). Esta descoberta é consistente com a morfologia do molar de Chukochya, que o identificou como uma forma primitiva de mamute lanoso.

O segundo mamute mais antigo, chamado Adycha, viveu há cerca de 1,34 milhões de anos durante o Pleistoceno Inicial (que se estendeu de cerca de 2,58 milhões a 773.000 anos atrás). Os autores descobriram que Adycha pertencia a uma população ancestral dos mamutes lanosos, que viveu antes de Chukochya. Havia diferenças substanciais entre o molar de Adycha e os de Chukochya e de mamutes lanosos mais recentes, em termos de espessura do esmalte, número e densidade de placas de esmalte, e altura das coroas. Ainda não temos uma compreensão suficientemente boa dos programas genéticos de desenvolvimento que subjazem a estas e outras características morfológicas para podermos identificar as mudanças genómicas responsáveis. No futuro, uma melhor compreensão da genética do desenvolvimento do crânio e dos dentes pode permitir uma interligação mais próxima entre a genómica dos mamutes e a paleontologia.

Os autores compararam os genomas destes espécimes antigos com os dos descendentes dos mamutes lanosos, para examinar como estes mamutes se adaptaram ao seu ambiente frio da Sibéria. Muitas variantes genéticas que se pensam ser o resultado da adaptação a latitudes setentrionais foram identificadas em mamutes lanosos ao comparar os seus genomas com os dos elefantes da savana africana (Loxodonta africana) e asiática (Elephas maximus), membros da mesma família de mamíferos. Destas variantes, van der Valk et al. mostraram que 87% já estavam presentes em Adycha e 89% em Chukochya. Isto não é surpreendente, pois qualquer linhagem preservada em permafrost deve já ter estado adaptada a climas frios. No entanto, os autores também encontraram evidências de uma adaptação adicional à medida que a linhagem do mamute evoluiu. Por exemplo, o gene TRPV3, envolvido na deteção de temperatura, apresentava mais variantes em mamutes lanosos do Final do Pleistoceno do que no ancestral Chukochya.

O mamute mais antigo foi Krestovka, cuja datação por mitogenoma indica que viveu há cerca de 1,65 milhões de anos (embora a biostratigrafia sugira uma data ligeiramente mais recente). Uma árvore filogenética indicou que Krestovka não pertencia a uma população ancestral dos mamutes lanosos. Em vez disso, fazia parte de uma linhagem que se separou da linha Adycha–Chukochya–mamute lanoso há cerca de 2 milhões de anos. Os investigadores propõem que Krestovka foi ancestral dos mamutes que entraram na América do Norte há cerca de 1,5 milhões de anos e deram origem ao mamute colombiano (Mammuthus columbi) em regiões de clima ameno na América do Norte e Central.

Os autores também descobriram, nos genomas nucleares dos mamutes colombianos, as assinaturas de dois eventos de mistura (intercruzamento) entre as linhagens de mamutes Krestovka e de pelagem lanosa. O segundo destes parece ter ocorrido depois de os mamutes de pelagem lanosa terem entrado na América do Norte há cerca de 100.000 anos. Neste evento, cerca de 12% do genoma do mamute colombiano foi substituído por DNA de mamutes de pelagem lanosa do Final do Pleistoceno.

O restante do genoma do mamute colombiano mostrou contribuições iguais das linhagens Krestovka e do mamute lanoso, indicativo de um evento de admissão anterior. Uma divisão de 50:50 deste tipo pode ser considerada surpreendente, dado que as contribuições de duas populações ancestrais poderiam estar em quaisquer proporções — 80:30, por exemplo, ou 10:90. A divisão pode ser uma coincidência, mas van der Valk e colegas sugerem a possibilidade de especiação híbrida, na qual a prole dos cruzamentos entre as duas linhagens não se reproduz com nenhuma das linhagens parentais.

Os autores propõem que a hibridização inicial ocorreu há cerca de 420.000 anos, porque, nesta altura, parece ter havido uma transferência de mitogenomas de uma linhagem de mamute lanoso para o mamute colombiano. No entanto, os ancestrais dos mamutes colombianos entraram na América do Norte muito antes desta data, e os mamutes lanosos muito depois, tornando difícil harmonizar a data com o registo fóssil. Os mitogenomas transferem-se facilmente entre espécies na família dos elefantes, por isso talvez a filogenia dos mamutes do Final do Pleistoceno reflita mais eventos do que apenas uma única transferência interespécies. Alternativamente, a hibridização evidente no genoma nuclear pode não ter ocorrido na altura estimada usando mitogenomas. Se o DNA pudesse ser obtido de espécimes de mamute do Pleistoceno Inicial ou Médio no permafrost da América do Norte, isso poderia lançar mais luz sobre as origens dos mamutes colombianos.

Muitas espécies animais atuais surgiram durante ou após o Pleistoceno Inicial. A capacidade de recuperar ADN de espécimes do Pleistoceno Inicial significa que as mudanças genómicas em algumas linhagens podem agora ser rastreadas ao longo do tempo profundo, proporcionando insights sobre a evolução das espécies modernas. Os genomas modernos são frequentemente utilizados para inferir a história demográfica de populações ao longo de centenas de milhares de anos; essas inferências devem agora ser testadas quanto à precisão, examinando espécimes ao longo do tempo real.

O rastreio de alterações genéticas mitocondriais e nucleares ao longo do tempo profundo também poderia revelar o papel (se houver) das interações mitocondriais-nucleares na evolução dos mamutes. Quando as mitocôndrias são transferidas entre células de diferentes espécies in vitro, as interações entre as proteínas codificadas por genes mitocondriais e nucleares podem ser perturbadas. É concebível que tal perturbação possa impulsionar a evolução ou o desaparecimento de linhagens do mitogenoma. Esta via de investigação é especialmente pertinente, dado que van der Valk e colegas se basearam na transferência de mitogenomas para datar a hibridização que deu origem aos mamutes colombianos.

Finalmente, a biostratigrafia foca na distribuição e morfologia de pequenas espécies como lemingues, pikas e ratos-do-campo. Agora deve ser possível adicionar um componente de ADN à biostratigrafia, através de análises genómicas de pequenos mamíferos em diferentes locais. A genómica foi levada a tempos remotos pelos gigantes da Idade do Gelo — os pequenos mamíferos que os rodeavam podem em breve também ter o seu dia.

Mais informações em: https://www.nature.com/articles/d41586-021-00348-w