Quais fatores determinam a diversidade genética em animais?

Um artigo recente explora os fatores que explicam por que algumas espécies possuem mais variabilidade genética do que outras. As respostas encontradas aproximam estudos genéticos de conceitos ecológicos.

Quase todas as espécies possuem variabilidade. Ao nível genético, a variabilidade pode ser definida como a quantidade de diferenças que há entre sequências de DNA presentes em diferentes indivíduos. Entender a variabilidade genética tem implicações teóricas e práticas: ela é a matéria prima da seleção natural e, também, um fator chave a ser considerado na hora de planejar políticas de conservação (espécies pouco variáveis são tipicamente vistas como mais ameaçadas de extinção).

Apesar da importância central da variabilidade genética para a biologia evolutiva, há uma questão que permanece pouco compreendida: por que algumas espécies são mais diversas do que outras?

Para responder a essa pergunta, precisamos examinar os fatores biológicos que moldam a variabilidade genética. O processo de mutação gera a variabilidade, ao alterar sequências de DNA. Entretanto, nem toda a diversidade genética gerada persistirá numa espécie: basta que algum indivíduo não tenha descendentes e a variabilidade que ele carrega terá sido perdida para as gerações futuras. Esse processo que resulta na perda de variação é chamado de deriva genética. A deriva genética ocorre porque nem todos indivíduos de uma geração terão filhos. Além disso, ela também resulta do fato de que há um elemento de sorte no processo reprodutivo: mesmo que um indivíduo carregue uma mutação, é possível que os gametas com os quais ele contribui para a próxima geração não carreguem aquela mutação. Dessa forma, a deriva genética explica mudanças na composição genética de populações mesmo quando não há ação da seleção natural.

Esperamos que a deriva genética seja mais intensa quando o número de indivíduos contribuindo para formar a próxima geração é menor. Afinal, nesse caso há chance maior de novas mutações serem perdidas, pois há menos gametas sendo passados para a próxima geração. Consequentemente, compreender por que algumas espécies possuem mais diversidade genética do que outras requer identificar quais são as características de uma espécie que determinam a intensidade da deriva genética – ou seja, a tendência de perder diversidade genética.
Recentemente um estudo abordou essa questão usando modernas ferramentas genômicas. Romiguier e colaboradores (Nature, 13 de novembro de 2014) sequenciaram vastas porções do genoma de mais de 76 espécies e, para cada uma, estimaram a variabilidade genética. A seguir, investigaram quais características biológicas distinguiam as espécies mais e menos variáveis.

Um resultado surpreendente foi o de que a área geográfica ocupada por uma espécie não prevê sua diversidade genética (esperava-se que espécies mais amplamente distribuídas teriam tamanhos populacionais maiores e, consequentemente, maior variabilidade). Também esperava-se encontrar uma diversidade genética maior em espécies com alto poder de invadir novos territórios, mas isso também não foi observado.

Por sua vez, fatores que explicavam muito bem a variação nos níveis de diversidade genética tinham relação com a forma como as espécies se reproduzem. Por um lado, as espécies com uma alta fecundidade (isto é, que produzem muitos descendentes a cada geração) e propágulos abundantes e pequenos (sendo propágulos os seus ovos ou os filhotes na idade em que são capazes de dispersar para longe da mãe) possuem alta diversidade. Aquelas com baixa fecundidade e propágulos grandes, por outro lado, são pouco diversas (Figura 1). Esses extremos nas formas de reprodução são conhecidos na literatura ecológica como estratégia r (muitos descendentes formados a partir de propágulos pequenos) e estratégia K (poucos descendentes formados a partir de propágulos grandes).
O estudo de Romiguier e colaboradores mostrou padrões marcantes. Animais como pinguins e tartarugas produzem ovos grandes e têm poucos filhotes a cada geração: são pouco diversas. Já animais como bivalves (por exemplo, mariscos) e ouriços produzem muitos descendentes a partir de ovos pequenos e abundantes: são muito diversos.

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Figura 1: Fecundidade e tamanho de propágulo estão relacionados à diversidade genética. Espécies com fecundidade baixa e propágulos grandes (estrategistas K, canto esquerdo superior), são pouco diversas. Já espécies com muitos propágulos pequenos (estrategistas r, canto direito inferior) são altamente diversas. Figura de Ellegren, H., & Galtier, N. (2016)

O estudo de Romiguier e colaboradores mostrou padrões marcantes. Animais como pinguins e tartarugas produzem ovos grandes e têm poucos filhotes a cada geração: são pouco diversas. Já animais como bivalves (por exemplo, mexilhões) e ouriços-do-mar produzem muitos descendentes a partir de ovos pequenos e abundantes: são muito diversos.

Qual a implicação desse trabalho? Os achados sugerem que há duas dimensões que precisamos considerar para entender o que molda a diversidade genética de uma espécie. Por um lado, eventos recentes podem ter algum impacto sobre sua diversidade. Por exemplo, um grande “encolhimento” da área que uma espécie ocupa quase certamente reduzirá sua diversidade. Porém, parece que esses fatores têm um peso relativamente modesto em moldar a variabilidade genética em comparação com propriedades intrínsecas das espécies, como sua forma de reprodução. Isso sugere que a compreensão dos níveis de diversidade genética das espécies tem mais relação com sua história de vida do que com flutuações recentes e idiossincráticas, que afetaram cada espécie em tempos recentes.

Esse achado aproxima uma questão central da genética de populações – a compreensão do que explica a diversidade genética — de ideias clássicas da ecologia. Se queremos entender o que explica a variabilidade de uma espécie, não podemos nos ater aos eventos que fizeram seu tamanho oscilar no passado recente: precisamos considerar sua forma de reprodução.

Diogo Meyer (USP)

PARA SABER MAIS:

Ellegren, H., & Galtier, N. (2016). Determinants of genetic diversity. Nature Reviews Genetics, 17: 422-433.

Leffler, E. M., et al. (2012). Revisiting an Old Riddle: What Determines Genetic Diversity Levels within Species? PLoS Biology, 10(9).

Romiguier, J., et al. (2014). Comparative population genomics in animals uncovers the determinants of genetic diversity. Nature, 515: 261–263.

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