Esponjas em recifes de coral, menos chamativas do que seus vizinhos de coral, mas importantes para a saúde geral dos recifes, estão entre os primeiros animais do planeta. Novas pesquisas do UNH analisam ecossistemas de recifes de corais com uma nova abordagem para entender a evolução complexa das esponjas e dos micróbios que vivem em simbiose com elas. Com esta “máquina do tempo genômica”, os pesquisadores podem prever aspectos dos ecossistemas de recifes e oceanos através de centenas de milhões de anos de mudanças evolutivas dramáticas.
“Este estudo mostra como os microbiomas evoluíram em um grupo de organismos com mais de 700 milhões de anos”, diz Sabrina Pankey, pesquisadora de pós-doutorado no UNH e principal autora do estudo, publicado recentemente na revista Nature Ecology & Evolution. “As esponjas estão aumentando em abundância nos recifes em resposta às mudanças climáticas e desempenham um papel enorme na qualidade da água e na fixação de nutrientes”.
O significado do trabalho transcende as esponjas, no entanto, fornecendo uma nova abordagem para entender o passado com base na genômica. “Se pudermos reconstruir a história evolutiva de comunidades microbianas complexas como essa, podemos dizer muito sobre o passado da Terra”, diz o coautor do estudo David Plachetzki, professor associado de ciências moleculares, celulares e biomédicas do UNH. “Pesquisas como essa podem revelar aspectos da composição química dos oceanos da Terra antes mesmo da existência dos recifes de corais modernos, ou podem fornecer insights sobre o tumulto que os ecossistemas marinhos experimentaram após a maior extinção da história que ocorreu em cerca de 252 milhões de anos atrás.”
Os pesquisadores caracterizaram quase 100 espécies de esponjas de todo o Caribe usando um método de aprendizado de máquina para modelar a identidade e a abundância de cada membro dos microbiomas únicos das esponjas, a comunidade de micróbios e bactérias que vivem dentro delas em simbiose. Eles encontraram duas composições distintas de microbiomas que levaram a diferentes estratégias de esponjas usadas para se alimentar (esponjas capturam nutrientes bombeando água através de seus corpos) e se protegendo contra predadores – mesmo entre espécies que cresceram lado a lado em um recife.
“Os tipos de comunidades simbióticas que descrevemos neste artigo são muito complexos, mas podemos mostrar que evoluíram independentemente várias vezes”, diz Plachetzki.
E, acrescenta Pankey, “há algo muito específico sobre o que essas comunidades microbianas estão fazendo… as esponjas dezenas de vezes decidiram que esse arranjo diversificado de micróbios funciona para elas”.
Aproveitando essa nova abordagem genômica, os pesquisadores descobriram que a origem de um desses microbiomas distintos, que tinha uma alta abundância microbiana (HMA) de mais de um bilhão de micróbios por grama de tecido, ocorreu em um momento em que os oceanos da Terra passavam por uma significativa mudança na biogeoquímica coincidente com as origens dos recifes de coral modernos.
Embora o aprendizado de máquina e o sequenciamento genômico tenham gerado as descobertas que Plachetzki chama de “um tour de force do sequenciamento de código de barras microbiano”, essa pesquisa começou longe do laboratório, nas águas quentes do Caribe.
“Nós mergulhamos em todas as 1.400 dessas amostras”, diz Pankey, que participou de cinco expedições em 2017 e 2018 para coletar esponjas. “Foi uma coleção monstruosa”, acrescenta ela, reconhecendo que o mergulho autônomo no Caribe tem suas recompensas. A dupla credita o coautor Michael Lesser, professor emérito de pesquisa do UNH, por estabelecer técnicas de trabalho de campo, e seus coautores da Universidade do Mississippi e da Universidad Nacional del Comahue, na Argentina, por ajudar na coleta de esponjas e identificação molecular. O ex-aluno de pós-graduação Keir Macartney também contribuiu para o estudo.
Publicado em 17/04/2022 16h01
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