Os cientistas mostram que a extraordinária diversidade de peixes ciclídeos no Lago Vitória, em África, foi possível graças à “reciclagem genética” – ciclos repetidos de aparecimento de novas espécies e de rápida adaptação a diferentes funções no ecossistema. Um estudo de caso evolutivo que fascina os investigadores há décadas, o novo estudo lança luz sobre como 500 espécies de peixes conseguiram emergir e prosperar em apenas 16.000 anos.

Ao comparar genomas de centenas de espécies atuais de peixes ciclídeos , pesquisadores de uma equipe multinacional, liderada por Joana Meier e Ole Seehausen, do instituto suíço de pesquisa hídrica Eawag, da Universidade de Berna, da Universidade de Cambridge e do Instituto Wellcome Sanger, mostraram essa hibridização – onde duas espécies diferentes se unem e fundem seus genes para criar uma nova espécie com uma mistura de características de ambos os tipos de pais – permitiu que os ciclídeos prosperassem. A equipe de pesquisa também identificou genes antigos únicos que estimularam esse processo.

As descobertas, publicadas em 28 de setembro na Science , revelam as razões por trás da diversidade ecológica única dos ciclídeos. Eles também fornecem informações importantes sobre a base genética da evolução adaptativa e da diversificação.

Os ciclídeos do Lago Vitória se adaptaram para ocupar quase todas as funções imagináveis no ecossistema. Eles vêm em vários tamanhos, formas e cores, desde predadores de topo até minúsculos zooplânctons. Esses ciclídeos são considerados um exemplo clássico de “ radiação adaptativa ”, onde um grupo dá origem a muitas espécies, cada uma com características e comportamentos únicos.

Não estava claro se esta diversificação ocorreu apenas dentro do Lago Vitória, um processo surpreendentemente rápido de cerca de 16 mil anos, após um período de seca de 4 mil anos. Este ritmo excede em muito o dos tentilhões de Darwin, que levaram milhões de anos para evoluir 14 espécies.

Neste novo estudo, a equipa de investigação decidiu investigar se estes ciclídeos evoluíram de fato extremamente rapidamente dentro do lago e, em caso afirmativo, como conseguiram fazê-lo. A equipe testou se os ciclídeos do Lago Vitória são realmente espécies distintas e identificou os fatores genéticos que sustentaram esta escala de evolução sem precedentes.

A equipe analisou 464 genomas inteiros de ciclídeos modernos do Lago Vitória e da região mais ampla dos Grandes Lagos Africanos. As descobertas confirmaram que os ciclídeos encontrados no lago são, de fato, espécies separadas que evoluíram a partir da mesma mistura de genes, tendo evoluído no Lago Vitória após o período de seca através de um evento de hibridização comum. A sua história evolutiva é marcada por repetidas “reciclagem genética” – períodos em que diferentes grupos de peixes acasalaram e misturaram os seus genes, que eventualmente se separaram em novas espécies.

Os investigadores determinaram que há cerca de 16 mil anos, quando o lago voltou a encher-se, três populações de ciclídeos que viviam nos pântanos juntaram-se, fundindo os seus genes para dar origem a peixes híbridos. A diversidade genética inicial nestas três populações de ciclídeos desempenhou um papel crucial no seu potencial para evoluir grupos ecológicos. Cada população do pântano contribuiu com diferentes variantes genéticas, como genes para caça ou raspagem de algas.

Ao misturar os seus genes, geraram uma grande diversidade genética, um mecanismo mais rápido do que esperar que novas mutações se acumulassem lentamente. Os híbridos desenvolveram comportamentos diferentes, cada um ocupando funções ecológicas distintas, como caça, raspagem de algas, peneiração de zooplâncton e alimentação de insetos, enquanto se reproduziam principalmente dentro de seus grupos. Isso levou à rápida formação de várias espécies.

Apesar destas diferenças adaptativas, a sua estreita relação genética permitiu episódios contínuos de hibridização, criando ainda mais combinações genéticas. Por exemplo, a combinação de genes de grandes predadores e pequenos zooplanctívoros deu origem a um novo grupo ecológico de predadores anões, combinando o estilo de vida predatório com o pequeno tamanho corporal dos zooplanctívoros.

"Graças aos ciclos de hibridização e diversificação, foram preservadas inúmeras variações nas características herdadas que se acumularam nessas populações de ciclídeos durante milhões de anos. As espécies hoje guardam em seus genomas o potencial para uma rápida 'reconstrução' de especializações incrivelmente vantajosas", diz o professor. Ole Seehausen, autor sênior do estudo, professor da Universidade de Berna e do Instituto Suíço de Pesquisa Hídrica EAWAG.

"Nossas descobertas enfatizam a importância, na biologia da conservação , de considerar as conexões entre as espécies, tanto genética quanto ecologicamente, em vez de vê-las isoladamente. Ao preservar diversas espécies, mantemos um conjunto de recursos que pode ajudá-las a se adaptarem às mudanças ambientais , como como lidar com o aumento das temperaturas através de hibridização ocasional e adaptações de compartilhamento."

"A hibridização pode ser mais prevalente - e importante - na natureza do que pensávamos anteriormente. A genómica pode revelar estes segredos. À medida que exploramos as razões por detrás do notável sucesso destes peixes e no meu trabalho contínuo sobre a árvore da vida, estamos a vislumbrar a própria engrenagens e rodas da evolução – insights que podem ajudar os pesquisadores a decodificar as origens de todos os tipos de espécies ”, diz a Dra. Joana Meier, primeira autora do estudo e líder do grupo no Instituto Wellcome Sanger.