Juntando esforços para conhecer e monitorar a biodiversidade aquática do Rio Araguaia: combinando DNA ambiental e abordagens tradicionais

Por: João Carlos Nabout, Ludgero Cardoso Galli Vieira, José Alexandre Felizola-Diniz Filho, Mariana Pires de Campos Telles, Thannya Nascimento Soares – Especial para o Jornal “Opção”

O termo “DNA ambiental” refere-se ao material genético que os organismos liberam continuamente no ambiente por meio de células, escamas, fezes, muco, pólen ou fragmentos de tecidos. Ao coletar uma amostra de água e analisar esse material genético em laboratório, os pesquisadores conseguem identificar quais organismos estiveram presentes naquele local, muitas vezes sem precisar observá-los diretamente. O DNA ambiental já foi tema de outras reportagens aqui no “Araguaia em Foco”, tratando de seus aspectos mais fundamentais em termos de inovação e sobre as bases tecnológicas de sequenciamento de nova geração (NGS) que são a base dessa metodologia. Além de ser uma abordagem poderosa para avaliar padrões gerais de biodiversidade, essa técnica permite detectar organismos raros, espécies invasoras ainda em estágios iniciais de invasão e até formas de vida difíceis de serem observadas pelos métodos tradicionais. Em alguns casos, uma única amostra de água pode revelar dezenas ou centenas de espécies presentes em uma região ou lago, tudo isso de forma rápida e não invasiva. Por essas características, o DNA ambiental vem sendo considerado uma das tecnologias mais promissoras para a Ecologia e para a Conservação da Biodiversidade. O domínio dessas novas tecnologias pelos pesquisadores dos nossos projetos no Araguaia permite agora uma avaliação mais crítica da metodologia e as relações de custo-benefício em relação a outras abordagens!

Tradicionalmente, porém, o estudo da biodiversidade segue um caminho diferente. No caso dos peixes, por exemplo, os pesquisadores utilizam redes para capturar os indivíduos e, posteriormente, identificar as espécies presentes. Já para organismos microscópicos, como algas e outros microrganismos aquáticos, é necessário coletar amostras e analisá-las ao microscópio, um trabalho que exige especialistas capazes de reconhecer diferenças muitas vezes imperceptíveis para a maioria das pessoas. A identificação das espécies é resultado de décadas de pesquisa em taxonomia e continua sendo um dos pilares da Ecologia e da Conservação da Biodiversidade, como temos discutido em diversos ensaios nesta coluna.

Por trás desse árduo trabalho de conhecer as espécies depois de realizado o trabalho de campo estão taxonomistas, zoólogos, botânicos, microbiologistas e ecólogos que dedicam suas carreiras a estudar a biodiversidade. Enquanto alguns especialistas descrevem e identificam espécies, outros investigam como elas interagem entre si e com o ambiente. São esses cientistas que constroem o conhecimento necessário para compreender o funcionamento dos ecossistemas e orientar ações de conservação. Esse conhecimento acumulado ao longo de anos continua sendo uma das bases da Ecologia, da Conservação da Biodiversidade e da gestão ambiental. Afinal, para proteger uma espécie, primeiro é preciso saber que ela existe. Na bacia do rio Araguaia, por exemplo, pesquisadores descreveram recentemente uma nova espécie de copaíba, Copaifera araguaiensis, mostrando que ainda existem organismos desconhecidos pela ciência mesmo em regiões que vêm sendo estudadas há décadas. Descobertas como essa ampliam nosso conhecimento sobre a biodiversidade brasileira, ajudam a compreender a distribuição das espécies e fornecem informações fundamentais para estratégias de conservação e uso sustentável dos recursos naturais.

No contexto dos nossos diversos projetos na bacia do Araguaia, incluindo o programa “Araguaia Vivo” (TWRA/FAPEG), o “PPBio Araguaia” (PUC Goiás/CNP), e o “Programa Ecológico de Longa Duração (PELD) Araguaia”, temos buscado integrar essas duas abordagens. Ao mesmo tempo em que utilizamos ferramentas modernas de sequenciamento genético e DNA ambiental, continuamos investindo em métodos clássicos de monitoramento. A combinação dessas estratégias permite comparar resultados, validar informações e ampliar nossa capacidade de compreender a biodiversidade da planície de inundação do rio Araguaia.

Comparando eDNA e métodos tradicionais: Uma pesquisa na planície de inundação do Rio Araguaia

Mas até que ponto o DNA ambiental e os métodos tradicionais descrevem a mesma biodiversidade? Essa pergunta parece simples, mas respondê-la exige cuidados e métodos adequados. É preciso comparar, na prática, o que cada abordagem consegue revelar sobre os organismos presentes em um ambiente. Foi justamente esse desafio que motivou pesquisas desenvolvidas no âmbito do Programa Araguaia Vivo e de projetos parceiros, que vêm utilizando simultaneamente métodos clássicos e ferramentas moleculares para monitorar a biodiversidade aquática da planície de inundação do rio Araguaia.

Para responder a essa questão, pesquisadores do Programa Araguaia Vivo realizaram um estudo na planície de inundação do rio Araguaia e de seus principais tributários. A pesquisa, recentemente publicada na revista Freshwater Biology, uma das mais importantes publicações internacionais na área de ecologia aquática, envolveu 118 lagos distribuídos ao longo da bacia. Em cada ambiente, uma parte da água foi destinada às análises de DNA ambiental, enquanto amostras de microalgas foram coletadas e examinadas por especialistas utilizando microscopia. O objetivo era verificar até que ponto o DNA ambiental e os métodos tradicionais fornecem resultados semelhantes sobre a biodiversidade desses ecossistemas.

            As microalgas foram escolhidas porque desempenham um papel fundamental nos ecossistemas aquáticos. Elas formam a base das cadeias alimentares, produzem parte do oxigênio dissolvido na água e respondem rapidamente às alterações ambientais. Mudanças na composição das comunidades de microalgas podem indicar aumento de nutrientes (eutrofização), degradação ambiental e alterações na qualidade da água. Em outras palavras, elas funcionam como verdadeiros sensores naturais dos ecossistemas aquáticos (veja aqui mais informações sobre microalgas).

Os resultados mostraram que a resposta para a pergunta deste artigo é mais complexa do que um simples “sim” ou “não”. De modo geral, os dois métodos foram capazes de identificar padrões ambientais semelhantes e distinguir lagos mais preservados daqueles mais impactados. No entanto, quando analisamos quais espécies eram registradas por cada técnica, surgiram diferenças importantes.

Utilizando a microscopia, os pesquisadores registraram 199 táxons de microalgas, enquanto as análises de DNA ambiental identificaram 2.275 OTUs (Unidades Taxonômicas Operacionais), agrupamentos genéticos utilizados para representar a biodiversidade detectada pelo sequenciamento de DNA. No entanto, nem todos esses organismos puderam ser identificados até o nível de espécie, considerado o nível mais detalhado da classificação biológica. Quando a comparação foi realizada apenas para os organismos identificados como espécies, os resultados tornaram-se ainda mais interessantes. O DNA ambiental registrou 167 espécies de microalgas, enquanto a microscopia identificou 115 espécies. Apenas oito espécies foram detectadas simultaneamente pelos dois métodos. Em outras palavras, grande parte da biodiversidade revelada pelas análises genéticas não apareceu nas observações microscópicas, enquanto muitas espécies identificadas pelos especialistas no microscópio não foram detectadas pelo DNA ambiental.

            À primeira vista, esse resultado pode parecer contraditório. Se as duas técnicas estão estudando os mesmos lagos, por que encontraram conjuntos de espécies tão diferentes? A explicação é que cada método possui vantagens e limitações próprias. Quando analisamos a resposta das comunidades de microalgas às alterações ambientais, os dois métodos apresentaram padrões semelhantes. Tanto o DNA ambiental quanto a microscopia respondem semelhantemente a gradientes ambientais, indicando que são eficientes para avaliar e detectar mudanças ambientais.

Existem várias razões para explicar as diferenças entre as técnicas. O DNA ambiental depende de bibliotecas genéticas de referência, que ainda não estão completas, especialmente em regiões tropicais como a bacia Tocantins-Araguaia. Muitas espécies da nossa biodiversidade sequer possuem sequências genéticas disponíveis para comparação. Além disso, alguns organismos liberam mais DNA no ambiente do que outros, tornando-se mais fáceis de detectar pelas análises moleculares.

Mas, claro, a explicação não é apenas consequência da técnica “por si”. Cada um desses métodos acessa a biodiversidade de uma maneira diferente. A microscopia permite observar formas, estruturas celulares e características morfológicas que foram utilizadas por pesquisadores para identificar espécies. Já o DNA ambiental consegue detectar organismos raros, muito pequenos ou difíceis de reconhecer visualmente. É como se cada técnica observasse o mesmo lago com perspectivas diferentes. Quando se combina diferentes visões, conseguimos uma compreensão mais ampla da biodiversidade.

Integrando ferramentas para o monitoramento da biodiversidade aquática

Nosso estudo mostrou que a pergunta central não é qual técnica é mais eficiente ou qual delas deverá substituir a outra. Os resultados indicam algo mais interessante: o DNA ambiental e os métodos tradicionais revelam diferentes dimensões da biodiversidade e, por isso, funcionam melhor quando utilizados em conjunto. O DNA ambiental não substitui o conhecimento dos especialistas. Pelo contrário, seu potencial é ampliado quando integrado ao conhecimento acumulado por taxonomistas, ecólogos e outros pesquisadores que há décadas estudam os ecossistemas aquáticos. Assim, o futuro do monitoramento da biodiversidade provavelmente não será construído pela substituição dos métodos clássicos, mas pela integração entre novas tecnologias e abordagens já consolidadas pela ciência.

Essa conclusão é especialmente importante para as diversas iniciativas em andamento na região. Em um cenário de mudanças climáticas, expansão das atividades humanas e crescente pressão sobre o rio Araguaia, compreender e conservar a biodiversidade exige diferentes ferramentas e múltiplas formas de conhecimento. O DNA ambiental representa um dos maiores avanços recentes para o monitoramento da biodiversidade, mas seu potencial depende da integração com o conhecimento produzido por especialistas capazes de identificar espécies, interpretar padrões ecológicos e compreender o funcionamento dos ecossistemas. Portanto, a melhor forma de conhecer a biodiversidade não é escolher entre uma técnica e outra, mas reunir diferentes formas de observação da natureza.

Confira quem são os autores do artigo

João Carlos Nabout – Professor na Universidade Estadual de Goiás, coordenador da Atividade de biodiversidade aquática no Programa Araguaia Vivo 2030 da TWRA/FAPEG, pesquisador do PPBio Araguaia (PUC-Goiás/CNPq), Diretor Científico do CEHIDRA Cerrado (UEG/FAPEG) e coordenador do PELD Araguaia (FAPEG).

Ludgero Cardoso Galli Vieira – Professor da Universidade de Brasília, campus de Planaltina (FUP/UnB), Vice-Coordenador do Programa Araguaia Vivo 2030 da TWRA/FAPEG e Pesquisador do PPBio Araguaia (PUC-Goiás/CNPq) e do PELD Araguaia (FAPEG).

José Alexandre Felizola Diniz Filho – Professor do Departamento de Ecologia da Universidade Federal de Goiás (UFG), coordenador do INCT em Ecologia, Evolução e Conservação da Biodiversidade (EECBio), coordenador científico do programa “Araguaia Vivo 2030” e pesquisador do PPBio Araguaia e PELD Araguaia.

Mariana Pires de Campos Telles – Professora da PUC Goiás e da UFG, coordenadora geral do Programa “Araguaia Vivo 2030”, do PPBio Araguaia (PUC Goiás / CNPq) e do Centro de Excelência em Genética e Genômica (CEGGEN) da PUC Goiás, e pesquisadora do PELD Araguaia (FAPEG).

Thannya Nascimento Soares – Professora da Universidade Federal de Goiás e vinculada ao Laboratório de Genética & Biodiversidade (UFG). Faz parte da equipe da Rede de BioGenomas, pesquisadora do PPBio Araguaia (CNPq), PELD Araguaia (FAPEG) e do INCT-EECBio (CNPq).