Os herbívoros que vagueiam pela savana africana são enormes, e comem muito. No entanto, de alguma forma, todos eles conseguem viver aproximadamente no mesmo lugar, apoiados pelo mesmo ambiente pouco vegetativo. Em 2013, os ecologistas queriam saber exatamente como isso funcionava. No entanto, como elefantes, zebras, búfalos e impalas perambulam muitos quilómetros para se alimentarem e não gostam de humanos intrometidos que os observam a comer, era quase impossível descobrir as suas dietas.
Os investigadores foram deixados, como tantas vezes acontece, a examinar o cocó. Mas as plantas digeridas eram impossíveis de serem identificadas apenas pelos olhos humanos. Então, para este enigma, eles se voltaram para o que era uma técnica genética relativamente nova: Os ecologistas levaram amostras para o laboratório e vasculharam o DNA das plantas, procurando por um gene específico conhecido como citocromo c oxidase I. Devido à sua localização na mitocôndria da célula, o gene, conhecido como COI, tem uma taxa de mutação cerca de três vezes maior que a de outras formas de DNA. Isso significa que ele vai mostrar mais distintamente as diferenças genéticas entre organismos muito próximos, tornando-o uma maneira útil de provocar espécies separadas em grupos, desde aves a borboletas – como a etiqueta no interior de sua camisa, ou um código de barras de um supermercado.

Para este método engenhoso, apropriadamente chamado de código de barras de DNA, podemos agradecer a um geneticista que se viu cansado dos métodos “estressantes” e demorados da taxonomia tradicional. Paul Hebert, biólogo molecular da Universidade de Guelph, no Canadá, lembra-se de uma noite úmida e nublada que passou coletando insetos em uma folha como pesquisador de pós-doutorado na Nova Guiné.

“Quando os classificamos morfologicamente no dia seguinte, percebemos que havia milhares de espécies que haviam entrado”, diz Hebert. Muitas, até onde ele podia dizer, nunca tinham sido descritas pela ciência. “Percebi que uma noite tinha encontrado exemplares suficientes para me manter ocupado para o resto da minha vida”, diz ele.

Hebert continua: “Foi nesse momento que eu praticamente percebi que a taxonomia morfológica não podia ser a forma de registar a vida no nosso planeta.” Ele entregou suas coleções de espécimes, e passou para outras pesquisas na biologia evolutiva do Ártico – “os habitats de menor diversidade de espécies que pude encontrar”, em suas palavras – mas o tópico de medir a biodiversidade da Terra sempre permaneceu no fundo de sua mente.

Tecnologia continuou a avançar em meados dos anos 90, permitindo aos pesquisadores isolar e analisar pedaços cada vez menores de DNA. Hebert, que estava trabalhando na Austrália como pesquisador visitante, decidiu começar a “brincar” sequenciando o DNA de diferentes organismos e procurando por uma única seqüência que pudesse ser facilmente isolada e usada para distinguir rapidamente as espécies. “Eu me fixei nesta região do gene mitocondrial como sendo eficaz em muitos casos”, diz ele. Isso foi COI.

Hebert decidiu testar seu método em seu próprio quintal, coletando escores de insetos e codificando-os com códigos de barras. Ele descobriu que podia distinguir os insetos facilmente. “Eu pensei ‘Ei, se ele funciona em 200 espécies no meu quintal por que ele não funciona no planeta?”

E, com algumas exceções, ele tem.

Usando esta técnica, os pesquisadores no estudo de savana de 2013 foram capazes de juntar as dietas variadas destes animais coexistentes. “Conseguimos perceber tudo o que os animais estavam comendo a partir de códigos de barras”, diz W. John Kress, curador de botânica do Museu Nacional de História Natural do Smithsonian, que colaborou no estudo. Ao informar aos gestores da vida selvagem e aos cientistas exatamente de que ervas cada animal se alimenta, esses resultados “poderiam ter impacto direto no desenho de novas áreas de conservação para esses animais”, diz Kress.

Deu também aos ecologistas um quadro maior de como todo o ecossistema funciona em conjunto”. “Agora você pode ver como essas espécies estão realmente coexistindo no cerrado”, diz Kress. Hoje a própria idéia do que faz uma espécie está mudando, graças ao código de barras de DNA e outras técnicas genéticas.

Desde os dias de Darwin, os taxonomistas crivaram espécies com base no que eles podiam observar. Ou seja, se parecer um pato, anda como um pato, e soa como um patinho atirando-o para a pilha de patos. O advento da sequência de ADN nos anos 80 mudou o jogo. Agora, ao ler o código genético que faz de um organismo o que ele é, os cientistas poderiam colher novos conhecimentos sobre a história evolutiva das espécies. No entanto, comparar os milhões ou bilhões de pares de bases que compõem o genoma pode ser uma proposta cara e demorada.

Com um marcador como Cytochrome c oxidase I, você pode identificar essas distinções de forma mais rápida e eficiente. O código de barras pode dizer em questão de horas – que é quanto tempo leva para seqüenciar um código de barras de DNA em um laboratório de biologia molecular bem equipado – que duas espécies que parecem exatamente iguais na superfície são substancialmente diferentes em um nível genético. Ainda no ano passado, cientistas no Chile usaram códigos de barras de DNA para identificar uma nova espécie de abelha que os pesquisadores de insetos haviam perdido nos últimos 160 anos.

Trabalhando com Hebert, especialistas como o curador de entomologia do Museu Nacional de História Natural John Burns foram capazes de distinguir muitos organismos que antes se pensava serem a mesma espécie. Os avanços na técnica estão agora permitindo que os pesquisadores possam identificar códigos de barras de espécimes de museus dos anos 1800, diz Burns, abrindo a possibilidade de reclassificar as definições de espécies há muito estabelecidas. Um ano depois de Hebert ter delineado o código de barras de DNA, Burns usou-o para identificar um desses casos – uma espécie de borboleta identificada no século XVII que acabou por ser 10 espécies separadas.

O apanhar as definições de espécies obscuras tem ramificações fora da academia. Pode dar aos cientistas e legisladores uma melhor noção do número e da saúde de uma espécie, informações cruciais para protegê-la, diz Craig Hilton-Taylor, que administra a “Lista Vermelha” da União Internacional para a Conservação da Natureza. Enquanto a organização conta com diferentes grupos de especialistas que podem trabalhar de diferentes perspectivas sobre a melhor maneira de definir uma espécie, o código de barras de DNA tem ajudado muitos desses grupos a discriminar com mais precisão entre diferentes espécies.

“Pedimos a eles que pensem em todas as novas evidências genéticas que estão surgindo agora”, diz Hilton-Taylor sobre os procedimentos da IUCN hoje.

Embora inovadora, a técnica original de código de barras tinha limitações. Por exemplo, ela só funcionava em animais, não em plantas porque o gene COI não sofreu mutações suficientemente rápidas nas plantas. Em 2007, Kress ajudou a expandir a técnica de Hebert, identificando outros genes que sofrem mutação similar rapidamente nas plantas, permitindo estudos como o da savana.

Kress lembra como, a partir de 2008, ele e um antigo colega seu, o ecologista da Universidade de Connecticut Carlos García-Robledo, usaram o código de barras do DNA para comparar as várias plantas que diferentes espécies de insetos alimentavam na floresta tropical costarriquenha. Eles foram capazes de coletar insetos, moê-los e rapidamente sequenciar o DNA de suas entranhas para determinar o que estavam comendo.

Anteriormente, García-Robledo e outros cientistas teriam que seguir tediosamente os insetos ao redor e documentar suas dietas. “Pode levar anos para que um pesquisador entenda completamente as dietas de uma comunidade de herbívoros de insetos em uma floresta tropical sem a ajuda de códigos de barras de DNA”, disse Garcá-Robledo ao Smithsonian Insider em uma entrevista de 2013.

Desde então, eles conseguiram ampliar essa pesquisa, observando como o número de espécies e suas dietas diferem em diferentes elevações, e como o aumento das temperaturas em função das mudanças climáticas poderia ter impacto nisso, já que as espécies são forçadas a se deslocar cada vez mais alto. “Desenvolvemos uma rede completa e complexa de como os insetos e as plantas estão interagindo, o que era impossível de fazer antes”, diz Kress.

“De repente, de uma forma muito mais simples, usando o DNA, nós poderíamos realmente rastrear, quantificar e repetir essas experiências e entender essas coisas de uma forma muito mais detalhada”, acrescenta ele. Kress e outros pesquisadores agora também estão usando códigos de barras para analisar amostras de solo para as comunidades de organismos que as habitam, diz ele. Os códigos de barras também prometem ajudar a identificar restos de material genético encontrado no ambiente.

“Para os ecologistas”, diz Kress, “os códigos de barras de DNA estão realmente abrindo uma maneira totalmente diferente de rastrear coisas em habitats onde não poderíamos rastreá-las antes”.

Ao permitir que os cientistas examinem um gene específico em vez de ter que sequenciar genomas inteiros e compará-los, Hebert esperava que seu método permitisse que a análise genética e a identificação fossem realizadas muito mais rápida e barata do que o sequenciamento completo. “Os últimos 14 anos mostraram que ele funciona muito mais efetivamente e é muito mais simples de implementar do que eu esperava”, diz ele agora.

Mas ele ainda vê espaço para o progresso. “Estamos realmente lutando com dados inadequados em termos de abundância e distribuição das espécies”, diz Hebert sobre os conservacionistas agora. A rápida melhoria da tecnologia para analisar amostras de DNA mais rapidamente e com menos material necessário pareado com códigos de barras de DNA oferece uma saída, diz Hebert, com scanners modernos já capazes de ler centenas de milhões de pares de bases em horas, em comparação com os milhares de pares de bases que poderiam ser lidos nesse mesmo tempo pela tecnologia anterior.

Hebert prevê um futuro onde o DNA é coletado e sequenciado automaticamente a partir de sensores ao redor do mundo, permitindo que conservacionistas e taxonomistas tenham acesso a grandes quantidades de dados sobre a saúde e distribuição de várias espécies. Ele está trabalhando agora para organizar uma biblioteca mundial de códigos de barras de DNA que os cientistas podem usar para identificar rapidamente um espécime desconhecido – algo como um Pokedex da vida real.

“Como você prediz a mudança climática se você estivesse lendo a temperatura em um ponto do planeta ou um dia por ano”? Hebert aponta. “Se vamos levar a conservação da biodiversidade a sério, temos de mudar completamente a nossa opinião sobre a quantidade de monitorização que vai ser necessária.”