eDNA Antigo Revela Mudanças na Biodiversidade Marinha na Islândia

Nas últimas décadas, os ecossistemas marinhos globais passaram por mudanças significativas, principalmente por causa das atividades humanas. A vida marinha e a Biodiversidade enfrentam várias ameaças, e é essencial documentar essas mudanças para gerenciar melhor os recursos e proteger os ecossistemas de forma eficaz. Dados de séries temporais de biodiversidade, que acompanham as mudanças na vida marinha ao longo do tempo, podem mostrar quão rápido esses ecossistemas estão mudando e ajudar a estabelecer metas para restaurá-los.

Apesar da importância desses dados, a maioria das informações disponíveis cobre apenas algumas décadas. Mesmo os estudos mais longos oferecem uma visão limitada sobre os ecossistemas marinhos antes dos tempos industriais. Compreender essas condições passadas é crucial porque há um reconhecimento crescente de como as atividades humanas pré-históricas impactaram os ambientes marinhos. Pesquisas em áreas como ecologia histórica e arqueologia revelaram que a influência humana nesses ecossistemas vai muito mais longe do que as monitorizações atuais conseguem observar.

Embora os dados históricos forneçam uma visão sob a perspectiva humana por meio de registros como anotações de pesca, muitas vezes não medem diretamente as mudanças na biodiversidade. Por outro lado, a paleoecologia analisa ecossistemas naturais ao longo de longos períodos, mas é limitada pelo fato de que apenas uma pequena fração da biodiversidade é preservada como fósseis. Essa situação nos deixa com pouca informação sobre a biodiversidade marinha passada para comparar com o que vemos hoje.

Um desafio na compreensão das mudanças dos ecossistemas é o conceito de "síndrome da linha de base móvel", onde as pessoas assumem que as condições dentro da memória viva são normais. Consequentemente, mudanças de longo prazo podem passar despercebidas. Essa questão destaca uma lacuna no conhecimento sobre a biodiversidade antes dos humanos e o efeito geral que os humanos tiveram nos ecossistemas marinhos.

#DNA Ambiental: Uma Nova Abordagem

Os organismos soltam DNA no ambiente ao longo de suas vidas. Esse material genético pode se acumular em Sedimentos Marinhos, fornecendo um registro da biodiversidade passada. Analisar esse DNA Ambiental Antigo (eDNA) está se tornando um método popular para estudar ecossistemas marinhos do passado. Pesquisas usando sedimentos marinhos conseguiram reconstruir populações de peixes do passado, demonstraram como os ecossistemas mudaram devido a influências naturais e humanas, e revelaram ecossistemas desconhecidos que existiram milhões de anos atrás.

Existem dois métodos principais para analisar dados de biodiversidade a partir de eDNA marinho: metagenômica e metabarcoding. Enquanto ambos os métodos produzem dados de sequenciamento de alta taxa, o metabarcoding foca em marcadores de DNA específicos para grupos taxonômicos particulares, enquanto a metagenômica oferece dados genômicos mais abrangentes. Estudos indicam que ambas as técnicas produzem dados confiáveis de biodiversidade a partir de sedimentos marinhos dos últimos 3.000 a 5.000 anos. No entanto, a metagenômica atualmente enfrenta desafios, incluindo menor desenvolvimento metodológico e menos métodos de análise de dados estabelecidos.

#Estudo de Caso: Biodiversidade Marinha da Islândia

A Islândia apresenta um estudo de caso ideal para examinar os impactos humanos na biodiversidade marinha por meio de eDNA antigo. Esta ilha, situada logo ao sul do Círculo Árctico, foi um dos últimos lugares a serem habitados pelos humanos. Os primeiros assentamentos permanentes na Islândia datam de cerca de 877 d.C., principalmente ocupados por povos nórdicos e gaélicos. Ao longo dos séculos, a governança da Islândia mudou por várias potências, culminando na criação da República da Islândia em 1944.

Pesquisas sobre DNA antigo de amostras de sedimento indicam que as espécies de plantas terrestres na Islândia permaneceram estáveis por milhares de anos antes da chegada dos humanos. Isso sugere que os primeiros colonos teriam encontrado um ambiente intocado após a desglaciação da ilha. Dados ecológicos marinhos do norte da Islândia revelam como os ecossistemas responderam às mudanças climáticas ao longo do Holoceno, indicando ainda um ambiente marinho possivelmente intocado na época do assentamento.

Os primeiros colonos islandeses dependiam muito dos recursos marinhos devido às difíceis condições de cultivo no clima nórdico. Evidências sugerem uma mudança significativa nas práticas de subsistência de mamíferos terrestres para recursos marinhos, incluindo peixes e mamíferos marinhos. Essa mudança é refletida em descobertas arqueológicas, que mostram uma alteração nos tipos de restos encontrados nos locais de assentamento.

#Coletando Dados Históricos

Para estudar as mudanças na biodiversidade marinha, amostras de núcleos de sedimentos foram coletadas da plataforma norte da Islândia. Dois núcleos foram analisados para eDNA antigo: um coletado em maio de 2022 e o outro em junho de 2006. Essas amostras foram cuidadosamente manuseadas para evitar contaminação, e subamostras foram coletadas para extração de DNA.

Cada núcleo foi datado usando técnicas de datação por radiocarbono, além da identificação de camadas de tefra (cinzas vulcânicas) dentro do sedimento. O processo de datação estabeleceu uma linha do tempo para quando os organismos viveram nas camadas amostradas. Essa linha do tempo é crítica para entender como a biodiversidade mudou ao longo do tempo.

#Analisando DNA Antigo

Uma vez coletadas as amostras de sedimento, o DNA foi extraído e analisado para DNA ambiental antigo. O processo laboratorial envolveu várias etapas para garantir a precisão dos resultados, incluindo a adição de amostras de controle para confirmar que os métodos estavam funcionando corretamente. As regiões de DNA alvo foram amplificadas usando primers específicos projetados para capturar uma ampla gama de organismos marinhos.

As amostras de DNA amplificadas foram sequenciadas, gerando milhões de leituras de DNA. Essas leituras foram analisadas para identificar vários organismos presentes nas amostras de sedimento. A análise revelou uma ampla gama de biodiversidade, com muitas espécies diferentes identificadas.

#Descobertas sobre Biodiversidade Marinha

A análise de eDNA dos sedimentos marinhos da Islândia mostrou ecossistemas estáveis ao longo dos últimos três milênios. A identificação de grupos taxonômicos revelou que diatomáceas, um tipo de fitoplâncton, constituíam uma parte significativa da vida marinha. No entanto, duas espécies de peixes, o bacalhau e o arenque, serviram como pontos focais para examinar os impactos humanos.

As taxas de detecção de bacalhau permaneceram amplamente inalteradas durante o período de estudo, sugerindo impacto humano mínimo em suas populações. Em contraste, as taxas de detecção de arenque diminuíram, exibindo uma clara correlação com as mudanças na temperatura da superfície do mar. Essa descoberta indica que fatores climáticos naturais desempenharam um papel mais significativo na formação da biodiversidade marinha do que as atividades humanas durante os tempos pré-industriais.

#Contexto das Atividades Humanas

A população humana na Islândia cresceu rapidamente após o assentamento, atingindo o pico por volta de 1400 d.C. antes de sofrer quedas acentuadas devido a doenças como a Peste Negra. O registro arqueológico reflete uma mudança na utilização dos recursos, passando de um foco em mamíferos terrestres para peixes marinhos. Essa mudança destaca a dependência de recursos marinhos à medida que as populações humanas se expandiam.

Comparar registros climáticos da Islândia também lança luz sobre como o ambiente mudou ao longo do tempo. A variabilidade nesses registros se conecta a padrões climáticos mais amplos, como a Anomalia Climática Medieval e a Pequena Idade do Gelo. Essas flutuações climáticas provavelmente influenciaram os ecossistemas marinhos, com períodos de resfriamento levando a mudanças nas populações de peixes.

#A Influência do Clima na Vida Marinha

A tendência de queda nas temperaturas da superfície do mar observada nos núcleos de sedimento sugere um aumento do influxo de águas polares frias ao longo do tempo. Essas mudanças provavelmente afetaram a produtividade marinha e a disponibilidade de alimentos para espécies de peixes como o arenque, levando à queda observada em suas taxas de detecção. Em contraste, nenhuma tendência semelhante foi identificada para as populações de bacalhau, talvez porque os bacalhaus podem ajustar seus hábitos alimentares em resposta a mudanças na disponibilidade de alimentos.

Entender essas dinâmicas é complexo. Peixes e outras espécies marinhas são impactados por vários fatores, incluindo mudanças climáticas naturais e atividades humanas. O estudo dos ecossistemas marinhos da Islândia ilustra como as mudanças ecológicas são frequentemente resultado de influências ambientais e antropogênicas.

#Conclusões sobre Mudanças na Biodiversidade Marinha

As descobertas desta investigação destacam a relação intrincada entre mudanças climáticas, atividades humanas e biodiversidade marinha. Embora haja evidências de impacto humano em espécies específicas, como a extinção local das focas, os efeitos gerais das atividades humanas pré-industriais na biodiversidade marinha da Islândia parecem ser relativamente mínimos.

Este estudo enfatiza a necessidade de mais pesquisas para compreender completamente como os ecossistemas passados funcionaram e como eles podem nos informar sobre os desafios ambientais atuais. Evidências sugerem que, embora os humanos sempre tenham tido algum impacto nos ecossistemas marinhos, fatores naturais desempenharam um papel mais significativo, especialmente nos tempos pré-industriais.

Ao estudar o DNA antigo e examinar esses ecossistemas, os pesquisadores podem obter insights sobre como a biodiversidade marinha mudou e quais implicações isso pode ter para o gerenciamento e proteção dos recursos marinhos no futuro. À medida que os estudos progridem e a tecnologia avança, uma imagem mais clara da interação entre humanos e ecossistemas marinhos irá surgir, orientando esforços para sustentar a biodiversidade diante das mudanças ambientais contínuas.