Durante a pior seca dos últimos 1.200 anos na Califórnia, algumas populações de flores silvestres desafiaram as probabilidades e sobreviveram à provação. Pesquisadores afirmam acreditar que essas flores se basearam em um tipo de evolução genética acelerada — a primeira vez que tal fenômeno foi documentado na natureza.
A seca ocorreu entre 2012 e 2015 e matou mais de 100 milhões de árvores. Foi um período particularmente brutal durante uma megaseca em curso que começou em 2000 e que foi agravada pelas mudanças climáticas. Embora a seca tenha matado plantas normalmente resistentes à seca, a flor-de-macaco-escarlate, uma flor silvestre vermelha brilhante que prospera em áreas úmidas e ao longo de leitos de riachos e nascentes, mostrou uma resiliência notável.
Uma equipe de pesquisadores passou oito anos estudando 55 populações da flor silvestre, cujo nome científico é Mimulus cardinalis, monitorando seu número na natureza e sequenciando os genomas das flores para revelar mudanças genéticas.
“Conseguimos demonstrar que essas populações em toda a Califórnia estavam diminuindo devido a essa seca extrema, e encontramos evidências de uma rápida evolução em todo o genoma”, disse Daniel Anstett, professor assistente da Escola de Ciências Integrativas de Plantas da Universidade Cornell e primeiro autor de um estudo sobre as descobertas, publicado na quinta-feira na revista Science. “E então conseguimos relacionar uma métrica dessa evolução à capacidade dessas populações de se recuperarem e não entrarem em extinção.”
Embora a espécie como um todo não estivesse em risco de extinção, as populações individuais de flores provavelmente estavam, sofrendo declínios de até 90% em comparação com os tamanhos populacionais máximos. Segundo Anstett, essas populações levaram cerca de dois a três anos para se recuperar.
Essa rápida recuperação é um processo que os biólogos chamam de resgate evolutivo, que ocorre quando uma espécie consegue se recuperar da ameaça de extinção causada por um fator externo, como uma seca, explicou Anstett. “O resgate evolutivo acontece quando os poucos indivíduos restantes têm a composição genética adequada para se saírem melhor do que os que morreram, então eles prosperam nessas novas condições, e assim a população se afasta gradualmente da extinção”, disse ele.
O resgate evolutivo foi demonstrado em ambientes de laboratório, mas os pesquisadores só tinham observações parciais dele na natureza até então: na resistência ao câncer em diabos-da-tasmânia e na adaptação à poluição em peixes-do-fundo. No entanto, esses estudos não forneceram evidências completas de que o processo estava ocorrendo.
Este estudo, disse Anstett, oferece evidências rigorosas de que a evolução ocorreu e levou a uma recuperação demográfica. “Tínhamos muitas informações sobre a demografia e os genes das flores silvestres, o que forneceu informações mais sólidas de que, em última análise, o resgate evolutivo estava acontecendo.”
A flor-macaco-escarlate é uma erva perene, o que significa que rebrota a cada estação a partir das mesmas raízes. É polinizada por beija-flores e pode crescer até 90 centímetros de altura e 90 centímetros de largura.
“Essa planta é encontrada em riachos na Califórnia, Baja California e no sul do Oregon, que geralmente são pequenos córregos com fluxo sazonal de água que atravessam o habitat”, disse Anstett. “Ela realmente precisa dessa água corrente para completar seu ciclo de vida e conseguir crescer até produzir sementes, sendo, portanto, um ótimo indicador de seca.”
Quando chega uma seca, explicou Anstett, a água para de fluir, então a planta tem duas opções: crescer rapidamente e produzir flores e sementes antes que a seca se instale de vez — ou crescer muito mais lentamente e talvez sobreviver por mais um ano. Esta última estratégia foi a utilizada pelas flores silvestres.
“O que observamos foi que as plantas, na verdade, estavam se desenvolvendo mais lentamente e se adaptando melhor, vivendo mais tempo e crescendo menos, o que é chamado de estratégia de evitação da seca”, disse Anstett.
Para entender o processo, os pesquisadores monitoraram as populações de flores silvestres em 19 locais, que eram visitados anualmente para avaliar se as plantas sobreviviam ou morriam. Em seguida, coletaram sementes das plantas, cultivaram-nas em laboratório e trituraram as folhas das plantas cultivadas para extrair o DNA.
O DNA foi então usado para sequenciar o genoma da planta — suas instruções genéticas. “Conseguimos observar essa rápida evolução em sete anos”, disse Anstett, acrescentando que as mutações genéticas que a planta utilizou para se tornar resistente à seca não eram novas, mas provavelmente se desenvolveram há muito tempo. As plantas que carregavam essas características de resistência à seca conseguiram sobreviver e transmitir essas mutações através das sementes.
A próxima etapa do estudo, que segundo Anstett poderá eventualmente se estender por 30 ou 40 anos, é verificar se essas mutações que permitiram às plantas sobreviver à megasseca continuarão sendo benéficas ou prejudiciais às plantas caso a seca termine.
Mais evidências de resgate evolutivo não tornam a seca ou as mudanças climáticas menos preocupantes, mas sugerem que pode haver mais plantas ou animais capazes de demonstrar resiliência sob condições extremas. Para que isso aconteça, a diversidade genética é fundamental, o que significa que os esforços de conservação para manter as populações de plantas o mais dispersas possível continuam sendo cruciais.
“A quantidade de variação genética pode ser crucial para essa adaptação”, disse Anstett. “Isso é uma dica para os biólogos da conservação: tentem melhorar a quantidade de variação genética e a conectividade entre os habitats para que os organismos sejam capazes de se tornarem mais resilientes a uma série de fatores de estresse.”
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Demonstrar que o resgate evolutivo ocorre na natureza e identificar os genes específicos responsáveis por isso tem sido um dos principais objetivos pendentes na biologia evolutiva e da conservação, afirmou David Field, professor associado de biociências aplicadas da Universidade Macquarie, na Austrália, em um e-mail. Field não participou do novo estudo.
“Os pesquisadores utilizaram um experimento elegante para demonstrar que o resgate evolutivo de fato ocorre na natureza durante nossa vida”, escreveu ele em um e-mail, acrescentando que o estudo fornece uma demonstração importante das possibilidades de usar experimentos semelhantes para auxiliar os esforços de conservação de espécies ameaçadas de extinção em todo o mundo.
Outros pesquisadores que também não participaram da pesquisa expressaram opiniões igualmente positivas: “Este é um estudo muito importante”, disse Diane Campbell, professora emérita de ecologia e biologia evolutiva da Universidade da Califórnia, Irvine, em um e-mail. “Ele fornece evidências excepcionalmente fortes de que um processo conhecido principalmente pela teoria pode ajudar as populações de plantas silvestres a se recuperarem das secas crescentes previstas pelas mudanças climáticas em áreas de clima mediterrâneo.”
Uma das principais questões que preocupam os botânicos é se as plantas conseguirão evoluir a tempo de sobreviver às secas extremas que, segundo as previsões, irão piorar com as mudanças climáticas, afirmou Isaac Lichter Marck, pesquisador botânico da Academia de Ciências da Califórnia. “Quando confrontados com secas extremas, os animais podem se deslocar, se adaptar ou morrer — mas as flores silvestres estão enraizadas no mesmo lugar, o que lhes deixa uma lista muito mais curta: adaptar-se ou morrer”, escreveu ele em um e-mail.
O estudo é um modelo crucial para usar a genômica na previsão de quais espécies de flores silvestres são vulneráveis à extinção como resultado das mudanças climáticas, continuou ele. Mas também levanta outras preocupações: “Pressões como a perda de habitat e espécies invasoras estão corroendo a variação genética na natureza. Como esta pesquisa mostra, a perda de variação genética pode agravar ainda mais as ameaças já alarmantes das mudanças climáticas.”
Jeff Diez, professor associado do departamento de biologia da Universidade de Oregon, afirmou em um e-mail que a pesquisa representa um verdadeiro avanço e se destaca por sua abrangência. “O que é preocupante é que foi necessário um esforço extraordinário para demonstrar isso em uma única espécie”, acrescentou.
“Se quisermos entender como comunidades inteiras de espécies que interagem responderão às mudanças climáticas, precisamos avaliar o potencial evolutivo em um número muito maior de espécies, e certamente haverá uma enorme variação em relação a quais espécies podem evoluir com rapidez suficiente.”
Em suma, concluiu ele, o estudo contém a mensagem genuinamente esperançosa de que algumas plantas silvestres podem evoluir rápido o suficiente para sobreviver às mudanças climáticas. “Mas também traz consigo um lembrete humilhante de quanto ainda desconhecemos.”