Investigadores da Universidade de Rhode Island (URI) identificaram mecanismos-chave envolvidos na especiação dos corais e propõem uma nova hipótese para a origem das espécies no oceano. As conclusões constam de um artigo publicado na revista Nature Communications por Matías Gómez-Corrales, recém-doutorado em Ciências Biológicas pela URI, e pelo seu orientador, o professor associado Carlos Prada.
O novo estudo analisa a forma como surgem novas espécies de coral e contribui para questões antigas da biologia evolutiva sobre a origem da biodiversidade marinha. O trabalho assenta em décadas de investigação ecológica, reprodutiva e evolutiva liderada por Nancy Knowlton, membro da Academia Nacional de Ciências dos EUA, e por investigadores pioneiros como Don Levitan e Mónica Medina — um legado científico que Gómez-Corrales e Prada agora aprofundam.
Um olhar mais atento aos corais
Um dos exemplos mais emblemáticos de mutualismo na natureza é a relação entre os corais construtores de recifes e os dinoflagelados, um tipo de microalga. Estes simbiontes captam a luz e fornecem aos corais mais de 90% da sua energia através da fotossíntese. Como resultado, tanto os corais como as algas ajustam a sua fisiologia e morfologia para maximizar o desempenho em diferentes ambientes de luz, como os que variam com a profundidade.
Embora os corais — tal como os seus parentes próximos — não tenham olhos, conseguem percecionar a luz utilizando os mesmos recetores proteicos sensíveis à luz (rodopsinas) presentes nos cones e bastonetes da retina humana.
Segundo Carlos Prada, a investigação recente revelou um novo elemento neste processo, ao identificar os mecanismos moleculares subjacentes à especiação no oceano. “Descobrimos que os genes das opsinas, os mesmos responsáveis pela visão nos olhos humanos, desempenham um papel central neste fenómeno”, afirma.
O papel da rodopsina está bem documentado em peixes adaptados a diferentes comprimentos de onda da luz, em múltiplas espécies e regiões geográficas. Um exemplo disso é o arenque do Báltico, em que uma única substituição de aminoácidos num gene de opsina evoluiu, de forma independente, mais de 20 vezes noutras espécies adaptadas a ambientes com luz deslocada para o vermelho.
Tradicionalmente, a especiação marinha tem sido atribuída à rápida evolução de proteínas envolvidas na interação entre espermatozoides e óvulos. Este estudo apresenta uma perspetiva complementar, demonstrando que as espécies também podem divergir através de adaptações específicas ao habitat, relacionadas com sinais luminosos que regulam a reprodução. Neste processo, as rodopsinas mediam esses sinais e promovem o isolamento reprodutivo nos corais — sendo esta a primeira vez que o seu papel na divergência entre espécies de coral é identificado.
Este padrão de divergência paralela poderá ocorrer de forma independente à medida que os corais colonizam águas com diferentes propriedades óticas, favorecendo a divergência das rodopsinas e impulsionando a formação de novas espécies. Tal mecanismo permitiria aos corais desenvolver isolamento reprodutivo através de genes envolvidos na fototransdução, responsável por desencadear os processos reprodutivos.
O estudo da especiação
O artigo publicado na Nature Communications baseia-se em trabalhos anteriores de Prada, que propôs que a especiação nos corais resulta da adaptação a diferentes profundidades e ambientes luminosos — um processo conhecido como especiação ecológica, que ganhou destaque nas últimas duas décadas, com exemplos em organismos que vão das plantas aos vertebrados. Identificar os mecanismos por detrás do isolamento reprodutivo é essencial para compreender este fenómeno.
Gómez-Corrales e Prada analisaram uma divergência recente numa espécie comum de coral construtor de recifes nas Caraíbas (Orbicella faveolata), cujas linhagens se separaram há cerca de 212 mil anos ao longo de um gradiente de profundidade inferior a 20 metros. A equipa demonstrou que distribuições associadas à profundidade são frequentes entre linhagens-irmãs de corais na zona superior do oceano, rica em luz solar.
O estudo centrou-se em espécies do género Orbicella, analisando os fatores que impulsionam a divergência adaptativa e a forma como os corais percecionam o ambiente. Foram estudadas colónias provenientes de Porto Rico, Panamá, México e Florida. A análise indica que a divergência ao longo do gradiente de profundidade resulta de adaptações a diferentes ambientes, apontando caminhos para o aumento da biodiversidade marinha.
Os processos reprodutivos dos corais são desencadeados pela interação entre diferentes comprimentos de onda da luz — como a luz lunar —, neuropeptídeos (incluindo a dopamina) e variações de temperatura, que estimulam os recetores luminosos. Ao comparar os genomas de linhagens de águas rasas e profundas, a equipa demonstrou que os genes associados à perceção ambiental nos corais evoluem sob forte seleção natural.
As diferenças genómicas entre linhagens superficiais e profundas concentram-se sobretudo em proteínas envolvidas na perceção do ambiente, afetando vias de sinalização ligadas aos ciclos reprodutivos dos corais. Este padrão repete-se à escala macroevolutiva noutras espécies aquáticas, como medusas e anémonas-do-mar, nas quais neuropeptídeos, luz e variações de temperatura regulam a fisiologia reprodutiva.
Os investigadores observaram ainda que os corais utilizam os mesmos sinais ambientais associados a ciclos naturais para sincronizar a reprodução. Experiências que manipulam a luz e a temperatura mostram que as espécies de coral alteram o momento da reprodução, sugerindo a existência de um mecanismo comum de ajuste fino da atividade reprodutiva através da perceção ambiental.
Perante a forte evidência de que a luz é o principal estímulo sensorial para a desova dos corais, Gómez-Corrales e Prada propõem que diferenças no momento da reprodução, induzidas por distintas perceções da luz ao longo do gradiente de profundidade, são ajustadas por alterações na expressão de genes semelhantes à rodopsina. Assim, corais expostos a ambientes luminosos distintos percecionam de forma diferente os sinais que desencadeiam a reprodução. Este processo ocorre em todo o grupo dos corais e em todos os oceanos do planeta.
A compreensão destes mecanismos preenche uma lacuna fundamental no conhecimento sobre a formação das espécies nos recifes, demonstrando como a especiação, as interações com a luz e a ecologia moldam a biodiversidade marinha e ajudam a prever o futuro dos ecossistemas oceânicos num contexto de alterações climáticas.
Segundo Prada, estudos como este sublinham a importância de compreender melhor a resposta dos corais ao aquecimento dos oceanos e os mecanismos de adaptação e aclimatação disponíveis, de modo a identificar desafios e oportunidades para a conservação e a restauração dos recifes no futuro.
“A minha paixão pelo estudo da especiação nasce do contraste entre a enorme biodiversidade dos recifes de coral e o nosso fraco entendimento dos mecanismos que a geram e mantêm”, acrescenta Gómez-Corrales. “Revelar os processos evolutivos que moldam esta diversificação dá-nos ferramentas essenciais para ajudar a preservá-la.”
