Por Michael D.J. Lynch (University of Waterloo) e The Conversation
Nota dos editores: esse ensaio foi reimpresso com a permissão da The Conversation, uma publicação on-line que cobre as pesquisas mais recentes.
Apesar de seus tamanhos diminutos, organismos menores que um milímetro contribuem imensamente para a biodiversidade e o funcionamento dos ecossistemas. Infelizmente, categorizar organismos tão pequenos ou até definir essas categorias é difícil. A pergunta é: será que organismos minúsculos formam espécies “discretas”? Os avanços no sequenciamento do DNA e as pesquisas abrangentes de organismos muito pequenos sugerem que talvez não seja caso.
O processo para definir uma espécie é uma prática histórica. Os biólogos concordaram em adotar algumas normas, mas de vez em quando a biologia apresenta uma surpresa que requer que esses padrões sejam revistos.
Em um novo estudo, recentemente publicado na revista Proceedings of the Royal Society B, Axel Rossberg e seus colegas propuseram modelos matemáticos que analisam como novas espécies se formam.
Eles começam fazendo uma pergunta biológica: existem circunstâncias em que a formação de espécies colapsa? E eles mesmos respondem: Esse é um trabalho que afeta diretamente a nossa compreensão de como os ecossistemas funcionam e como interpretamos o volume crescente de dados resultantes dos métodos de sequenciamento de DNA, que estão ficando rapidamente mais baratos e acessíveis.
Modelando espécies
Estudar o relacionamento mútuo de organismos e de seus habitats (no caso, o ambiente) ajuda a definir o que é uma “espécie”. Essa questão parece simples quando se discutem organismos grandes e discretos, como elefantes ou árvores. No entanto, isso nem sempre é o caso em escalas menores, onde os organismos frequentemente são assexuados ou difíceis de serem distinguidos.
Nesse aspecto, os autores se baseiam em dois conceitos de espécie: os ecológicos em que um grupo ocupa um nicho diferente do de outros coexistentes, e os genéticos, onde os limites da espécie são determinados pela diferença de seus respectivos sequenciamentos de DNA.
O modelo de Rossberg é constituído de cinco partes: organismo, população (tamanho, “distância” entre os indivíduos), nascimento (reprodução assexuada com mutação), concorrência (intensificada entre indivíduos semelhantes), e aptidão física (fitness).
A tecnologia de sequenciamento de DNA está avançando a um ritmo tão vertiginoso que os biólogos confiam cada vez mais em modelos matemáticos para compreender os sistemas complexos.
Embora o modelo dos autores seja abrangente, eles admitem plenamente que ele simplifica a realidade, ecoando o princípio de George Box, um estatístico britânico: “Todos os modelos estão errados; a questão prática é o quanto eles precisam estar errados para não terem nenhuma serventia?”. O modelo desenvolvido pelos autores, no entanto, é muito útil.
As espécies se formam em todas as escalas?
Tanto para a versão ecológica como para a genética do modelo, quanto maior a taxa de mutação ou o tamanho da população, menor a probabilidade de que uma espécie se forme.
Como o tamanho populacional depende da biomassa, as espécies de organismos muito pequenos tendem a ser numericamente maiores. Consequentemente, os organismos pequenos em geral têm uma grande variação dentro de uma espécie, suprimindo a formação da espécie.
Outra evidência sugeriu que organismos pequenos podem não formar espécies distintas. Os grupos que formam espécies mostraram um padrão distinto no modelo matemático relacionado a como as linhagens evoluem ao longo do tempo. Esse padrão foi observado em dados experimentais de organismos maiores, como algumas borboletas (Astraptes) e besouros (Rivacindela).
Comparativamente, esse padrão estava ausente em organismos com menos de um milímetro de compriimento em litorais e florestas tropicais. Aplicar esses modelos matemáticos a dados reais sugeriu que, para pequenos organismos, o conceito de uma espécie como unidade coesa não existe.
A próxima geração de sequenciamento de DNA de amostras ambientais ainda é relativamente nova, mas iniciativas como a do Earth Microbiome Project e do Human Microbiome Project estão gerando uma quantidade incrível de dados.
Os resultados de modelos como os apresentados por Rossberg e seus colegas, evoluirão à medida que aprendermos mais sobre a relação entre as espécies e o sequenciamento de dados de DNA. Se seus insights estiverem corretos, porém, classificar grupos distintos de criaturas muito pequenas de populações extremamente grandes pode ser impossível.
Michael D.J. Lynch não trabalha, assessora, é acionista, ou recebe qualquer financiamento de uma empresa ou organização que se beneficiaria com este artigo, e não tem afiliações relevantes.
Publicado em Scientific American