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Estes cientistas estão tentando responder ao fenômeno dos elefantes africanos sem presas

Wolfgang Hasselmann / Unsplash

Em regiões da África devastadas pela caça furtiva, as pessoas observaram um aumento na incidência de elefantes africanos sem suas icônicas presas brancas, que são valorizadas no multibilionário mercado negro da vida selvagem. Mas não houve evidência genética direta indicando como isso estava acontecendo, ou por que essa característica estava ocorrendo exclusivamente em elefantes fêmeas.

Uma equipe liderada por pesquisadores da Universidade de Princeton agora implicou que dois genes associados ao desenvolvimento de dentes em mamíferos estejam no centro do fenômeno do elefante sem presas, de acordo com um estudo publicado em 21 de outubro na revista Science . Um desses genes está ligado ao cromossomo X e é letal para os machos, enquanto os humanos que têm a mesma mutação genética apresentam defeitos dentários semelhantes.

Os elefantes são uma espécie tão icônica que é tão importante para o ecossistema da savana e agora temos uma melhor compreensão de como a atividade humana os afeta, disse o co-primeiro autor Shane Campbell-Ston , professor assistente de ecologia e biologia evolutiva em Princeton e corpo docente associado no High Meadows Environmental Institute (HMEI) de Princeton.

Campbell-Staton trabalhou com co-primeiro autor Brian Arnold , Schmidt DataX cientista de dados biomédicos em Princeton com sede no departamento de informática e apoiado pelo Centro de Estatística e Aprendizado de Máquina . Os coautores do artigo também incluem Robert Pringle , professor de ecologia e biologia evolutiva em Princeton e corpo docente associado no HMEI; Dominique Gonçalves, Gestor do Projecto de Ecologia de Elefantes do Parque Nacional da Gorongosa; Petter Granli e Joyce Poole, cofundadores e codiretores da ElephantVoices; e Ryan Long , professor associado de ciências da vida selvagem da Universidade de Idaho.

Uma resposta a um gargalo populacional

Campbell-Staton, que concebeu o projeto enquanto estava na UCLA, tinha um palpite de que o fenótipo sem presas era transmitido no cromossomo X, mas coletar dados de pesquisas e amostras de sangue seria a chave para desvendar esse mistério.

Para coletar essas amostras, Campbell-Staton e outros membros da equipe de pesquisa se concentraram em elefantes africanos ( Loxodonta africana ) no Parque Nacional da Gorongosa em Moçambique. Os elefantes africanos são considerados o maior animal terrestre terrestre da Terra, com uma altura de 13 pés no ombro, distinguindo-o de seus primos menores, a floresta africana e os elefantes asiáticos. As presas dos elefantes do mato podem medir até 6 pés de comprimento e pesar 50 libras cada, com as presas de alguns elefantes machos (chamados touros) tão grandes que arrastam no chão.

De 1977 a 1992, a Guerra Civil Moçambicana devastou o parque, com combatentes da oposição caçando elefantes para obter marfim e carne. O conflito viu um rápido declínio na população de elefantes, de mais de 2.500 para cerca de 200 após a guerra. Junto com esse declínio acentuado, houve um aumento de elefantes fêmeas sem presas, de 18,5% para 50,9%. Elefantes machos sem presas não foram vistos no parque, mas houve raras aparições anedóticas deles em outros lugares.

Arnold disse que eles usaram modelos numéricos simulados e análises estatísticas para determinar que uma elefanta sem presas tinha cinco vezes mais chances de sobreviver durante a guerra do que uma fêmea com presas, um exemplo de seleção natural muito forte causada por caçadores furtivos.

As presas de repente se tornaram um risco, embora em circunstâncias naturais, as presas sejam órgãos muito úteis para os elefantes, disse Arnold. Havia intensa pressão de caça sobre as fêmeas com presas. A segmentação específica de fêmeas com presas deu às fêmeas sem presas uma enorme vantagem competitiva.

Em outra parte do estudo, os pesquisadores se concentraram em analisar as diferenças entre genomas inteiros de elefantes com e sem presas com elefantes com presas exibindo menos variantes genéticas raras, o que é consistente com uma contração populacional mais grave de indivíduos com presas, de acordo com o artigo. Crucialmente, os pesquisadores também descobriram que a condição de ausência de presas entre as filhas dos sobreviventes da guerra permaneceu elevada em 33% da população versus 50,9% imediatamente após a guerra.

Traço de sobrevivência favorável, menos fertilidade

Devido ao aumento da ausência de presas exclusivamente entre as fêmeas, os pesquisadores supuseram que essa característica favorável deve estar associada ao cromossomo X. E como não havia registros de elefantes machos sem presas, essa característica herdada pode ser letal para os machos. Sob essa hipótese, se uma elefanta sem presas ficasse grávida de um macho, ela abortaria espontaneamente o feto na metade das vezes, disse Arnold.

Os pesquisadores testaram essa hipótese realizando uma pesquisa de fenótipo/população de elefantes fêmeas e seus filhotes. Os padrões populacionais revelaram que as mães sem presas tendiam a ter filhos 65,7% femininos, o que novamente sugeria fortemente uma característica ligada ao X com letalidade recessiva. Isso também tornaria essas fêmeas sem presas menos férteis em geral, disse Arnold.

Para rastrear quais genes eram responsáveis ​​por essas características únicas, era necessário um mergulho profundo em todo o genoma. Os pesquisadores sequenciaram genomas das populações com e sem presas do parque e, em seguida, usaram programas de software de bioinformática para reunir todos os dados e realizar análises personalizadas. Eles escanearam os dados genômicos, tentando encontrar regiões genéticas com fortes ligações à seleção por caça furtiva recente e traços ligados ao X com letalidade recessiva, entre outras análises. Eles então compararam os genomas entre elefantes com e sem presas para encontrar padrões de divergência genética.

Sob o modelo hipotético de herança, esperávamos que os genomas de indivíduos com presas não tivessem a(s) mutação(ões) específica(s) causando a ausência de presas, relataram os pesquisadores.

Ao selecionar possíveis regiões do genoma do elefante que podem conter os genes para a ausência de presas, a equipe estreitou seu foco para o gene MEP1a, que codifica alguns aspectos da formação dos dentes, e o gene ligado ao X amelogenina (AMELX), que é responsável para a biomineralização do esmalte dentário e a formação de gengivas e cemento, um tipo de tecido duro que suporta e fixa os dentes.

Em humanos, deleções de AMELX e alguns genes próximos se manifestam em uma condição chamada amelogênese imperfeita, que resulta em esmalte ausente ou defeituoso e dentes rachados. Além disso, esse distúrbio co-ocorre com uma síndrome em humanos que é dominante ligada ao X e letal masculina. O que também é interessante é que os incisivos laterais superiores das mulheres afetadas – um par de dentes localizados na fileira superior – são menores que o normal ou estão ausentes. Esses incisivos correspondem a onde as presas estão localizadas na boca de um elefante.

A pesquisa existente identificou outro gene, holocitocromo c-type sintetase (HCCS), que está ligado à letalidade recessiva e está localizado próximo ao AMELX. Os cientistas descobriram que camundongos geneticamente modificados com deleções nessa região aproximada podem ter descendentes masculinos viáveis ​​se forçarem a expressão do gene HCCS.

Desbloqueando respostas para perguntas ambientais

É uma visão fascinante do mistério de como os elefantes perderam suas presas – um fenômeno que os biólogos conhecem há muito tempo, mas que ninguém nunca explicou, disse Pringle. É um ótimo exemplo de como as colaborações interdisciplinares no nexo de ecologia, evolução e ciência de dados podem nos permitir desvendar as respostas para importantes questões ambientais.

Além dos genes, deve haver implicações interessantes para o surgimento de elefantes fêmeas sem presas em termos de comportamento e consequências para o ambiente maior, disse Long. A pesquisa de Pringle mostrou que elefantes sem presas comem plantas diferentes dos com presas, com base no sequenciamento de DNA de amostras fecais por meio de um processo chamado Metabarcodificação de DNA .

Alguns dos nossos dados preliminares sugerem que os elefantes sem presas consomem dietas diferentes dos seus homólogos com presas, disse Long. Como os elefantes são uma espécie-chave, as mudanças no que comem podem afetar toda a paisagem, portanto, uma alta taxa de ausência de presas em uma população de elefantes pode muito bem ter consequências em todo o ecossistema.

Embora essa condição sem presas pareça ser a prova de que os humanos conduzem a seleção rápida em um grande herbívoro, a equipe de pesquisa adverte que é necessário realizar mais estudos sobre se essas características genéticas podem ser encontradas em outras populações na África.

Entretanto, desde o fim da guerra em Moçambique, a população de elefantes na Gorongosa tem vindo a aumentar de forma constante, e o parque tornou-se um modelo para a restauração da vida selvagem e um local vital e importante para investigação, colaboração científica e aventura. Pringle e Campbell-Staton estão colaborando em um projecto de restauração em grande escala na Gorongosa que é financiado através do HMEI Desafio da Biodiversidade programa.

Prosseguir este estudo foi provavelmente a maior aventura da minha vida até agora, disse Campbell-Staton. Sinto-me incrivelmente sortudo por ter sido capaz de me juntar a pessoas tão brilhantes de uma ampla gama de disciplinas para estudar um fenômeno que tem sido um mistério por algum tempo.

Republicado com permissão do Fórum Econômico Mundial. Leia o artigo original .

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