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Profa. Camila Penha Abreu Souza Profa. Vera Lúcia Maciel Silva Parte II UNIDADE 3 - Biodiversidade e Conservação ............................................................. 43 3.1 Conceitos Importantes em Biologia da Conservação ....................................................... 43 3.2 Lista Vermelha de Espécies Ameaçadas de Extinção ........................................................ 46 3.3 Espécies Exóticas Invasoras ....... ................................................................................................ 47 3.4 Fragmentação de Habitats ......................................................................................................... 50 3.5 Projetos Conservacionistas ......................................................................................................... 53 3.5.1 Projeto Ararinha na Natureza .......................................................................................... 53 3.5.2 Projeto TAMAR ...................................................................................................................... 56 Resumo ........................................................................................................................................................ 58 Atividades ................................................................................................................................................... 58 Referências ................................................................................................................................................. 59 UNIDADE 4 - Biodiversidade e Genética .................................................................... 61 4.1 Revelando a Biodiversidade Escondida .................................................................................. 61 4.3 Bioinvasões ....................................................................................................................................... 65 4.4 Sexagem ............................................................................................................................................ 66 4.5 Considerações ................................................................................................................................. 67 Resumo ........................................................................................................................................................ 68 Atividades ................................................................................................................................................... 69 Referências ................................................................................................................................................. 70 SUMÁRIO PARTE 2 U n id a d e BIODIVERSIDADE E CONSERVAÇÃO Diferenciar Preservação de Conservação; Reconhecer os vários níveis de ameaça as espécies; Identi�car os principais problemas envolvidos na introdução de espécies invasoras; Identi�car as causas da fragmentação de hábitat e as suas consequências; Compreender a atuação dos projetos de conservação da biodiversidade. Objetivos “Mais do que simples espaços territoriais, os povos herdaram paisagens e ecologias, pelas quais, certamente são responsáveis, ou deveriam ser.” Aziz Ab’Sáber, Geólogo e Professor A Biologia da Conservação é uma disciplina muito ampla que tem contribuído de forma valorosa na conservação da biodiversidade. Apresentamos nessa unidade os principais temas que são enfrentados pelos conservacionistas, assim como medidas para minimizar os danos causados pelas atividades humanas na biodiversidade. 3.1 Conceitos importantes em Biologia da Conservação Os conceitos apresentados a seguir são de extrema importância para a biologia de conservação. Observe: ESPECIALIZAÇÃO EM ENSINO DE GENÉTICA44 PRESERVAÇÃO: proteção a longo prazo das espécies, habitats e ecossistemas, além da manutenção dos processos ecológicos, em seu estado natural, sem interferência humana, independente de seu valor utilitário ou econômico (BRASIL. Lei nº 9.985, de 18 de julho de 2000); CONSERVAÇÃO: proteção dos recursos naturais, a manutenção, a utilização sustentável, a restauração e a recuperação do ambiente natural, para que possa produzir o maior benefício, de forma sustentável, às atuais gerações, mantendo seu potencial de satisfazer às necessidades e aspirações das gerações futuras, e garantindo a sobrevivência dos seres vivos em geral (BRASIL. Lei nº 9.985, de 18 de julho de 2000); RESTAURAÇÃO: restituição de um ecossistema ou de uma população silvestre degradada o mais próximo possível da sua condição original (BRASIL. Lei nº 9.985, de 18 de julho de 2000); RECUPERAÇÃO: restituição de um ecossistema ou de uma população silvestre degradada a uma condição não degradada, que pode ser diferente de sua condição original (BRASIL. Lei nº 9.985, de 18 de julho de 2000); SISTEMAS AGROFLORESTAIS: são formas de uso ou manejo da terra onde culturas agrícolas são plantadas reunidas a representantes de �orestas nativas (Figura 1); Figura 1 - Exempli�cação de esquemas de Sistemas Agro�orestal Banana Mandioca Pupunha Milho Copaíba Andiroba Mamão Café Abacaxi Mogno Açaí Nim 3m 3m Fonte: Adaptada do site http://con�ns.revues.org/6778 Biodiversidade e conservação | UNIDADE 3 45 ESPÉCIES BANDEIRAS: são espécies escolhidas como ícone ou símbolo de conservação de um ecossistema ou de sua própria espécie. São exemplos de espécies bandeiras no Brasil o Mico-Leão Dourado (Leontopithecus rosalia), o Muriqui-do-Sul (Brachyteles arachnoides) e a Onça-pintada (Panthera onca), que representa a conservação do bioma Mata Atlântica (Figura 2); Figura 2 - Espécies bandeiras para conservação da Mata Atlântica no Brasil Fonte: http://www.wwf.org.br/informacoes/sala_de_imprensa/?40524/Conservao-de-Espcies# ESPÉCIES GUARDA-CHUVA: são espécies que precisam de extensas áreas preservadas para sobreviver e se reproduzir, e conservando ela e seu habitat, indiretamente preserva-se outras espécies que convivem no mesmo ecossistema. A onça-pintada é um exemplo de espécie guarda- chuva, pois a sua preservação e de seu habitat natural, protege outras espécies; ESPÉCIES CARISMÁTICAS: são aquelas espécies que tem um apelo emocional no público em geral, que olhamos e dizemos que “fo�nho” ou “bonitinho”. Geralmente, as espécies-bandeiras são espécies carismáticas, que chamam a atenção do público para alguma causa ambiental. Um exemplo de espécie carismática é o panda-gigante (Ailuropoda melanoleuca), que de tão carismática foi escolhido como marca da WWF (World Wide Fund for Nature) (Figura 3). ESPECIALIZAÇÃO EM ENSINO DE GENÉTICA46 Figura 3 - Logo da WWF - World Wide Fund for Nature (Fundo Mundial para a Natureza), ONG internacional que atua na conservação da biodiversidade C R Fonte: http://en.wikipedia.org/wiki/World_Wide_Fund_for_Nature 3.2 Lista vermelha de espécies ameaçadas de extinção Como sabemos que uma espécie está ameaçada de extinção? Utilizamos o método de classi�cação de grau de ameaça criado pela ONG suíça IUCN (sigla inglesa para União Internacional para a Conservação da Natureza e dos Recursos Naturais), em 1963. Esse método desenvolvido pela IUCN é utilizado internacionalmente e é a base para a elaboração do chamado “Livro Vermelho” das espécies ameaçadas de extinção, aqui no Brasil essa listagem é feita pelo Instituto Chico Mendes de Biodiversidade – ICMBio, conforme Figura 4, a seguir: (FRANKHAM et al., 2008). As espécies são classi�cadas em sete graus de ameaça: extinta, extinta na natureza, criticamente em perigo,vulnerável, quase ameaçada e pouco preocupante. Espécies criticamente em perigo são aquelas que apresentam, por exemplo, redução do tamanho populacional em ≥ 80% nos últimos 10 anos ou três gerações, ou uma área de ocupação ≤ 100 quilômetros quadrados, ou uma população estável ≤ 250 adultos, ou uma probabilidade de extinção ≥ 50% nos próximos 10 nos ou três gerações, ou alguma dessas características combinadas. Por exemplo, a ararinha-azul (Cyanopsitta spixii) é uma espécie brasileira de ave que possui atualmente 92 indivíduos vivos em cativeiro, sendo considerada pela IUCN como criticamente em perigo, apesar de o governo brasileiro já ter declarado que essa espécie está extinta da natureza desde 2000 (FRANKHAM et al., 2008). Biodiversidade e conservação | UNIDADE 3 47 A listagem das espécies no Livro Vermelho em categorias de ameaça fornece uma ferramenta importante para a conservação da biodiversidade, sendo utilizada como base de muitas políticas e leis para proteção de espécies e hábitats. Figura 4 - Livro Vermelho da Fauna Brasileira Ameaçada de Extinção, elaborado pelo Instituto Chico Mendes de Biodiversidade – ICMBio. Livro Vermelho da Fauna Brasileira Ameaçada de Extinção Livro Vermelho da Fauna Brasileira Ameaçada de Extinção Fonte: https://bibliotecabebedouro.wordpress.com/2011/03/23/20110323b/ 3.3 Espécies Exóticas Invasoras Uma espécie “exótica”, “introduzida” ou “naturalizada”, pode ser de� nida como uma espécie que se encontra fora da área de sua distribuição natural, introduzida por ações humanas. Quando essa espécie se estabelece no novo hábitat, expande a sua distribuição e começa a ameaçar outras espécies nativas, hábitats e ecossistemas onde foi introduzida, passando a ser considerada uma espécie exótica invasora (PIMENTEL et al., 2001; LEÃO et al., 2011). As características mais comuns das espécies exóticas invasoras são a rápida reprodução e crescimento, alta capacidade de dispersão, plasticidade fenotípica, e capacidade de sobreviver com vários tipos de alimentos e em uma ampla gama de condições ambientais. Espécies exóticas invasoras têm invadido e afetado ecossistemas em todo o planeta, decorrente das alterações ambientais e interferência humana, além da agressividade e capacidade de excluir espécies nativas. ESPECIALIZAÇÃO EM ENSINO DE GENÉTICA48 Já foram registradas no Brasil a ocorrência de 386 espécies exóticas invasoras, sendo a maior parte introduzidas intencionalmente por motivos econômicos (LEÃO et al., 2011). São exemplos de espécies exóticas invasoras no Brasil: Caracol-gigante-africano (Achatina fulica) (Figura 5), nativo no leste- nordeste da África, foi introduzido no Brasil em 1988, visando o cultivo e comercialização do escargot. A comercialização fracassou, os criadores foram abandonados e os caracóis foram soltos no ambiente, hoje já são encontrados em 23 dos 26 estados brasileiros (PAIVA, 2004); Figura 5 - Exemplo de espécie exótica invasora, caracol-gigante-africano (Achatina fulica) Fonte: http://bagarai.com.br/caramujo-gigante-africano-o-escargot-que-virou-praga-no-brasil.html Mexilhão-dourado (Limnoperna fortunei) (Figura 6), originário da Ásia, foi introduzido em 1991 através de água de lastro de navios mercantes na Argentina. O seu primeiro registro no Brasil foi em 2001 no rio Paraná, hoje já pode ser encontrado no pantanal matogrossense. A sua população pode chegar a uma densidade populacional de 150 mil indivíduos por metro quadrado, o que tem gerado incrustações massivas e obstrução de encanamentos e �ltros de água de estações de tratamento, fábricas e usinas hidrelétricas, causando graves perdas econômicas (MANSUR et al., 1999; GISP, 2005); Biodiversidade e conservação | UNIDADE 3 49 Figura 6 - Colônia de mexilhão-dourado em instalação de usina hidrelétrica Fonte: http://www.cultivandoaguaboa.com.br/noticias/mexilhao-dourado-infestacao -diminui-mas-medidas-de-prevencao-continuam Camarão-da-malásia (Macrobrachium rosenbergii) conforme Figura 7, espécie de camarão de água doce originária da região da Ásia, introduzido no Brasil para cultivo, representa uma grave ameaça às espécies nativas devido ser um carnívoro voraz, como também gera um grande impacto no ambiente por ser portador do vírus da mancha branca. No Maranhão, essa espécie já pode ser encontrada em toda costa e Baixada Maranhense (LEÃO et al., 2011). Figura 7 - Exemplo de espécie exótica invasora no Brasil: camarão-da-malásia (Macrobrachium rosenbergii) Fonte: http://www.pointdocamarao.com.br/produtos ESPECIALIZAÇÃO EM ENSINO DE GENÉTICA50 A Doença da Mancha Branca (White Spot Syndrome – WSS), causada pelo vírus de mesmo nome (WSSV), é uma doença infecciosa que provoca manchas brancas na carapaça da cabeça dos camarões (Figura 8). Essa enfermidade pode causar uma grande mortalidade em populações de camarões suscetíveis ou que estejam sob estresse, mas não representa risco à saúde humana (HIPOLITO et al., 2010). 3.4 Fragmentação de Habitats A Fragmentação de Habitats é um processo de degradação de uma região nativa e homogênea que resulta em remanescentes menores e separados entre si (os fragmentos) conforme Figura 9. Essa modi� cação altera as condições presentes na área inicial, modi� cando aspectos da ocupação, reprodução, alimentação e até a sobrevivência de uma espécie em particular (FRANKLIN et al., 2002). As causas da fragmentação podem ser naturais, como desastres ambientais, ou antropogênicas, ou seja, causadas pelo homem como a agricultura, pastagens e expansão das cidades, sendo esta a principal causa de fragmentação de habitats. Figura 9 - Fragmentação de Habitat decorrente de ações antropogênicas Fonte: http://www.guia� orestal.com.br/dinamico/img/thumbs/conteudo/2531/grande_422.jpg A Doença da Mancha Branca Figura 8 - Característica da doença: manchas brancas na carapaça da cabeça dos camarões Fonte: http://www.biologico.sp.gov.br/ artigos_ok.php?id_artigo=147# Biodiversidade e conservação | UNIDADE 3 51 Os impactos são percebidos principalmente nas espécies que precisam de maiores áreas para sobreviver, essas espécies são conhecidas como espécies de interior e geralmente desaparecem em fragmentos pequenos e/ou muito impactados. Enquanto isso, outras espécies de borda ou região de ecótono permanecem e até aumentam sua população como se pode ver na Figura 10. Figura 10 - Esquema de fragmentação de um habitat e consequente perda de espécies Hábitat interior Hábitat borda Hábitat interior e espécies diminuem Fragmentação Hábitat borda e espécies aumentam Espécies de interior Espécies de borba Fonte: Adaptada do site https://historiasnaturais.wordpress.com/2010/07/28/ecologia-de-zumbis/ O exemplo da � gura 11 demonstra a relação entre a fragmentação de habitats e as espécies de borda e interior. Os grá� cos mostram a probabilidade de ocorrências de quatro espécies de pássaros existentes na América do Norte, sendo duas espécies de borda (Dumetella carolinensis e Turdus migratorius) e duas espécies de interior (Helmintheros vermivorus e Seiurus aurocapillus), em áreas de fragmentos. A probabilidade de ocorrência das espécies varia com o tamanho do fragmento, observando que as espécies de interior possuem uma maior ocorrência em fragmentos com tamanho maior ou igual a 32 hectares (SMITH & SMITH, 1998). O Efeito de Borda cau- sa uma alteração na composição, estrutura e abundância relativa de espécies na parte mar- ginal de um fragmento, sendo um dos fatores mais preocupantes em áreas de fragmento. O tamanho da borda, segundo especialista, é de 100m, sendoque essa área do fragmento fica mais exposta à ilu- minação, calor, vento e outros fatores. Algumas espécies que precisam de condições específicas de temperatura e umi- dade podem ser extintas desse fragmento, haven- do dessa forma, perda de espécies. O efeito de borda é mais intenso em fragmentos pequenos e isolados, apresentan- do uma menor taxa em fragmentos com forma mais próxima do circular. ESPECIALIZAÇÃO EM ENSINO DE GENÉTICA52 Figura 11 - Probabilidade de ocorrência de quatro espécies de pássaros, (a) duas espécies de borda (Dumetella carolinensis e Turdus migratorius) e (b) duas espécies de interior (Helmintheros vermivorus e Seiurus aurocapillus). As duas espécies de interior têm probabilidade de ocorrência maior em fragmentos igual ou maior que 32 hectares. Extraído de Smith & Smith, 1998. Fonte: Modi�cado de Smith& Smith, 1998. A conservação de espécies que vivem em fragmentos é um desa�o para a biologia da conservação, mas é possível que haja um manejo adequado que permita o �uxo gênico entre populações de diferentes fragmentos. Uma das principais medidas conservacionistas, além do próprio manejo, que diminuem o impacto causado pela fragmentação de hábitats, são os Corredores Ecológicos como sinaliza a Figura 12. Figura 12 - Exemplo de corredor ecológico na Holanda, país que conta com cerca de 600 passagens subterrâneas, pontes e corredores que servem como passagem para a fauna e ligação entre áreas �orestais Fonte: https://brunomaxwel.wordpress.com/2012/11/02/corredor-ecologico-na-holanda/ Biodiversidade e conservação | UNIDADE 3 53 Os Corredores Ecológicos conforme cita a figura 12, são porções de ecossistemas naturais ou seminaturais, ligando unidades de conservação ou fragmentos de florestas nativas, possibilitando entre eles o fluxo de genes e a movimentação da biota, facilitando a dispersão de espécies e a recolonização de áreas degradadas, bem como a manutenção de populações que demandam para sua sobrevivência áreas com extensão maior (BRASIL. Lei nº 9.985, de 18 de julho de 2000). O Fluxo Gênico, tam- bém conhecido como migração, pode ser definido como a mo- vimentação de genes de uma população para outra conforme a Figura 13. 3. 5 Projetos Conservacionistas 3.5.1 Projeto Ararinha na Natureza A ararinha-azul (Cyanopsitta spixii) é uma espécie ameaçada de extinção da fauna brasileira (Figura 14). A sua categoria é de extinta na natureza desde o ano 2000. Originária da região de caatinga da Bahia, a ararinha- azul teve a sua população quase toda devastada, principalmente devido ao trá� co de animais silvestres e a degradação do hábitat onde viviam. Hoje existem somente 92 espécimes em cativeiro, sendo que somente 11 estão no Brasil. Por serem tão poucos indivíduos, todas as instituições que possuem em cativeiros esses espécimes, trabalham de forma Resulta em um aumento na frequência de gases marrons Imi gra ção Figura 13 - Exemplo de � uxo gênico: besouros que possuem o gene para a coloração marrom migram de uma população para outra Fonte: Adaptada do site http://www.ib.usp.br/ evosite/evo101/IVBMechanisms.shtml ESPECIALIZAÇÃO EM ENSINO DE GENÉTICA54 coordenada e lidam com os espécimes como uma população única (ICMBio, 2014). Figura 14 - Ararinha-Azul (Cyanopsitta spixii), espécie extinta na natureza Fonte: http://www.pensamentoverde.com.br/meio-ambiente/a-extincao-da-ararinha-azul/ Cuidado para não confundir a Ararinha-Azul (Cyanopsitta spixii, � gura 14), a Arara-Azul (Anodorhynchus hyacinthinus, � gura 15) e a Arara-Azul-de-Lear (Anodorhynchus leari, � gura 16), apesar de serem muito parecidas e estarem ameaçadas de extinção, são espécies diferentes. Saiba mais no site: http://www.projetoararaazul.org.br/ Fi g u ra 1 5 - A ra ra -A zu l ( A n o d o rh yn ch u s h ya ci n th in u s) Fonte: http://pt.wikipedia. org/wiki/Arara-azul-grande Figura 16 - Arara-Azul-de-Lear (Anodorhynchus leari) Fonte: http://www.arkive.org/lears-macaw/anodorhynchus-leari/ image-G2064.html Biodiversidade e conservação | UNIDADE 3 55 O Projeto Ararinha na Natureza foi criado com o objetivo de transformar esse quadro, com ações que visam a reprodução dessas aves em cativeiro e para que no futuro elas sejam reintroduzidas em seu habitat natural, além de ações educativas e políticas públicas, que possam conservar o habitat natural da ararinha-azul e criar condições que permitam a sua reintrodução (Figura 17). Figura 17 - Filhotes de Ararinha-Azul (Cyanopsitta spixii) nascidos em cativeiro, através do Projeto Ararinha na Natureza Fonte: http://www.icmbio.gov.br/portal/comunicacao/noticias/20-geral/6668- nascem-� lhotes-de-ararinha-azul-especie-extinta-na-natureza.html O projeto é coordenado pelo Centro Nacional de Pesquisa e Conservação de Aves Silvestres (CEMAVE/ICMBio), com a parceria da VALE, do Fundo Brasileiro para a Biodiversidade (Funbio) e da Sociedade para a Conservação das Aves do Brasil (SAVE Brasil) (ICMBio, 2014). Também são parceiros desse projeto as organizações internacionais Al Wabra Wildlife Preservation (AWWP) e Association for the Conservation of Threatened Parrots (ACTP), essas instituições possuem exemplares da espécie em cativeiro. As ararinhas-azuis ganharam destaque e sucesso mundial em decorrência do � lme de animação “Rio” (Figura 18), onde o personagem principal “Blu”, uma ararinha-azul macho, é levado para o Rio de Janeiro para acasalar com uma fêmea da espécie. Assista ao � lme, é uma forma bem didática de apreender mais sobre a conservação de aves e sobre o trá� co internacional de aves. Figura 18 - Filme Rio, lançado em 2011 Fo nt e: h tt p :// w w w .m eg a� lm es on lin eh d. co m /a ss is tir -r io -d ub la do -2 01 1/ ESPECIALIZAÇÃO EM ENSINO DE GENÉTICA56 3.5.2 Projeto TAMAR O Projeto TAMAR surgiu com o objetivo de proteger as tartarugas- marinhas no Brasil, que estão ameaçadas de extinção. O projeto foi criado em 1980 pelo antigo Instituto Brasileiro de Desenvolvimento Florestal - IBDF, atualmente o IBAMA – Instituto Brasileiro de Meio Ambiente. O nome do projeto surgiu da contração do nome tartaruga marinha necessária no início do projeto devido ao pouco espaço que as placas de metal utilizadas para a identi�cação das tartarugas possuíam. Hoje, o nome TAMAR é utilizado para designar o Programa Brasileiro de Conservação das Tartarugas Marinhas, executado pelo ICMBio - Instituto Chico Mendes de Conservação da Biodiversidade, protegendo 1.100km do litoral brasileiro, em 25 localidades que servem como áreas de alimentação, desova, crescimento e descanso desses animais, no litoral e ilhas oceânicas, em nove estados brasileiros como veremos a seguir na Figura 19. Figura 19 - Presença do TAMAR no Brasil Fonte: http://www.tamar.org.br/noticia1.php?cod=560 Biodiversidade e conservação | UNIDADE 3 57 O projeto é exemplo mundial de projeto de conservação marinha, atuando na pesquisa aplicada, inclusão social e educação ambiental. O projeto procura apoio das comunidades costeiras para conservação das tartarugas-marinhas, e para tanto, oferece alternativas econômicas que ajudam na economia da própria comunidade. Em troca da conservação dos ecossistemas marinho e costeiro, a estratégia de conservação é conhecida como espécie-bandeira ou espécie-guarda-chuva. As tartarugas-marinhas protegidas são como mostra a Figura 20: Tartaruga-cabeçuda, Caretta caretta Tartaruga-de-pente, Eretmochelys imbricata Tartaruga-de-couro, Dermochelys coriácea Tartaruga-verde, Cheloniamydas Tartaruga-oliva, Lepidochelys olivácea Figura 20 - Espécies de tartarugas-marinhas protegidas pelo projeto TAMAR Fonte: http://www.tamar.org.br ESPECIALIZAÇÃO EM ENSINO DE GENÉTICA58 Sugestão de sites de programas, ONGs e institutos para conservação da biodiversidade: Al Wabra Wildlife Preservation (AWWP): http://awwp.alwabra.com/ Association for the Conservation of Threatened Parrots (ACTP): http:// www.act-parrots.eu/ Instituto Hórus para espécies exóticas: http://www.institutohorus.org.br/ Projeto TAMAR: http://www.tamar.org.br/ WWF Brasil: http://www.wwf.org.br/ Instituto Chico Mendes de Conservação da Biodiversidade - ICMBio: http://www.icmbio.gov.br/portal/ Sistema de Informação sobre a Biodiversidade Brasileira – SiBBr: http:// www.sibbr.gov.br/ Resumo Nesta unidade, apresentamos alguns conceitos em biologia da conservação, identi� camos as categorias de espécies ameaçadas segundo a IUNC, discutimos os impactos causados pela introdução de espécies exóticas e pela fragmentação de habitats, e também apresentamos dois exemplos de projetos de conservação: o projeto Ararinha na Natureza e o projeto TAMAR. 1. Nesta unidade apresentamos dois projetos de conservação da biodiversidade: a Ararinha na Natureza e o TAMAR, que atuam na conservação da ararinha-azul e das tartarugas-marinhas, respectivamente. Faça uma pesquisa sobre outros programas de conservação da biodiversidade desenvolvidos no Brasil. Escolha um e elabore um texto de divulgação do programa, coloque no texto o que você achar mais importante para divulgar o programa. Depois você pode escolher uma rede social para divulgar o seu texto e ajudar na conservação da biodiversidade. Sugestão de sites de programas, ONGs e institutos para conservação Biodiversidade e conservação | UNIDADE 3 59 Referências BRASIL. Lei nº 9.985, de 18 de julho de 2000; Decreto nº 4.340, de 22 de agosto de 2002.Sistema Nacional de Unidade de Conservação da Natureza – SNUC: 3. ed. aum. Brasília: MMA/SBF, 2003. 52 p. FRANKHAM, R.; BALLOU, J. D.; BRISCOE, D. A. Fundamentos de Genética da Conservação. Ribeirão Preto, SP: SBG – Sociedade Brasileira de Genética, 2008. p. 280. FRANKLIN, A., NOON, B. & GEORGE, T. What is habitat fragmentation Studies in avian biology, 25, 2002. p. 20-29. GISP - Programa Global de Espécies Invasoras. América do Sul invadida. A crescente ameaça das espécies exóticas invasoras. 80p, 2005. HIPOLITO, M. ; FERREIRA, C. M. ; MARTINS, A.M.C.R.P.F. ; CATROXO, M. H. B. Mancha branca do camarão: um risco presente para a produção de camarão marinho no Brasil. Comunicado Técnico Instituto Biológico, nº 147, 2010. ICMBio: Instituto Chico Mendes de Conservação da Biodiversidade. Nasceram �lhotes de ararinha-azul, espécie extinta na natureza. 2014. Disponível em: <http://www.icmbio.gov.br/portal/comunicacao/ noticias/20-geral/6668-nascem-filhotes-de-ararinha-azul-especie- extinta-na-natureza.html>. Acessado em: 22 dez. 2014. LEÃO, T. C. C,; ALMEIDA, W. R.; DECHOUM, M.; ZILLER, S. R. Espécies Exóticas Invasoras no Nordeste do Brasil: Contextualização, Manejo e Políticas Públicas. Centro de Pesquisas Ambientais do Nordeste e Instituto Hórus de Desenvolvimento e Conservação Ambiental. Recife, PE. 2011. 99 p. MANSUR, M. C. D.; RICHINITTI, L. M. Z.; DOS SANTOS, C. P. Limnoperna fortunei (Dunker, 1857) molusco bivalve invasor na bacia do Guaíba, Rio Grande do Sul, Brasil. Biociências, Porto Alegre, v. 7, n. 2. p. 147-149, dez. 1999. PAIVA, Celso do Lago. Achatina fulica: praga agrícola e ameaça à saúde pública no Brasil. Fontes de informação impressas e digitais, 2004. ESPECIALIZAÇÃO EM ENSINO DE GENÉTICA60 PIMENTEL, D.; McNAIR, S; JANECKA, J.; WIGHTMAN, J.; SIMMONDS, C.; O’CONNELL, C.; WONG, E.; RUSSEL, L.; ZERN, J.; AQUINO, T.; TSOMONDO, T. Economic and environmental threats of alien plant, animal, and microbe invasions. Agriculture, Ecosystems & Environment 84:1–20. 2001. SMITH, R.L. & SMITH, T.M. Elements of ecology. Benjamin Cummings, Inc. Menlo Park, Ca., USA. 1998. 555 p. U n id a d e BIODIVERSIDADE E GENÉTICA Identi�car as aplicações da Genética no estudo da Biodiversidade. Objetivo A Genética tem auxiliado o estudo da biodiversidade com pesquisas em diferentes campos, como, por exemplo: (a) estimar os níveis de variabilidade genética de uma população e relacioná-los com a e�ciência reprodutiva e resistências a doenças; (b) na identi�cação molecular de espécies crípticas ou sem dimor�smo sexual aparente; (c) veri�car níveis de endemismo, �uxo gênico, endogamia e outros fatores, em populações ameaçadas para dar subsídios de manejo e políticas ambientais; (d) na identi�cação de produtos oriundos de animais e plantas ameaçadas de extinção comercializadas de forma ilegal; e (e) na identi�cação e acompanhamento do processo de bioinvasão. Nesta unidade veremos algumas dessas aplicações. 4.1 Revelando a Biodiversidade escondida Na unidade 1, discutimos os vários problemas que os cientistas enfrentam na identi�cação de espécies, tais como a existência de espécies crípticas e politípicas. A maioria das espécies é descrita a partir de caracteres morfológicos, o que é bastante di�cultada nos grupos que apresentam espécies crípticas, como por exemplo, os veados- muntjac da China (Muntiacus reevesi, Figura 1) e da Índia (Muntiacus muntjak, Figura 2) que são morfologicamente similares, mas constituem duas espécies diferentes, pois, o primeiro possui um conjunto de 46 cromossomos e o último apresenta 6 cromossomos nos machos e 7 nas fêmeas (FRANKHAM et al., 2008). ESPECIALIZAÇÃO EM ENSINO DE GENÉTICA62 Nesses casos, o emprego de ferramentas moleculares tem ajudado aos taxonomistas na delimitação de espécies, identificação de híbridos e subespécies. Por exemplo, um caso de identificação de espécies crípticas em golfinhos do gênero Sotalia que ocorrem no Brasil. Acreditava-se que a espécie Sotalia fluviatilis (Figura 3) possuía dois “ecótipos”: um marinho e outro fluvial. Mas estudos com dois marcadores do DNA mitocondrial revelaram que os dois ecótipos são, de fato, duas espécies diferentes com separação entre as duas datadas do Plioceno (Figura 4). Com esses dados, o ecótipo marinho, conhecido como boto-cinza, foi denominado de Sotalia guianensis (Figura 5), enquanto o fluvial, conhecido como tucuxi, reteve o binômio Sotalia fluviatilis. Esses resultados foram importantes pra a conservação das duas espécies, pois cada uma delas precisa de um plano de manejo separado já que possuem habitats completamente diferentes (CUNHA et al., 2005). Figura 1 - Veado-muntjac da China (Muntiacus reevesi) que apresenta um conjunto de 46 cromossomos Fo n te : h tt p :/ /w w w .h la se k. co m / m u n ti ac u s_ re ev es i.h tm l Figura 2 - Veado-muntjac da Índia (Muntiacus muntjak) que apresenta um conjunto de 6 cromossomos para machos e 7 para fêmeas Fo n te : h tt p s: // w w w .� ic kr .c om /p ho to s/ b er ni ed up /7 10 98 14 54 5/ in /p ho to st re am / Biodiversidade e Genética | UNIDADE 4 63 Em uma célula animal, nós podemos encontrar DNA dentro do núcleo da célula e dentro da mitocôndria. O DNA mitocondrial (Figura 6) é uma pequena célula circular que é herdado pela linhagem materna das espécies. É muito utilizado nos estudos de diversidade genética por possuir várias cópias em uma única célula, ser de fácil extração e puri� cação, além de apresentar uma variabilidade genética muito maior que DNA nuclear. Figura 6 - Esquema mostrando o DNA presenteno núcleo da célula e nas mitocôndrias. O Dna Mitocondrial difere do DNA nuclear por ser circular e inteiramente de origem materna. Fonte: http://www.brusselsgenetics.be/media/images/Illustraties/ill_eng/ill-5-E_orig.jpg Figura 4 - Árvore � logenética feita a partir de dois marcadores moleculares do DNA mitocondrial (citocromo b e região controle), mostrando as relações genéticas entre as duas espécies de Sotalia: a marinha e a � uvial. Os números próximo dos nós são valores de bootstrap e Steno bredanensis foi utilizado como grupo externo AM AM AM AM PA PA PA PA PA PA PA PA PA 21 24 29 13 27 25 08 11 109 805 113 75 802 RN RN 14 04 SES 0.005 M arinho Fluvial 91/62/81 93/57/91 01 66/51/- AM Fonte: modi� cado de Cunha et al., 2005. Em uma célula animal, nós podemos encontrar DNA dentro do ESPECIALIZAÇÃO EM ENSINO DE GENÉTICA64 4.2 Identificação forense para conservação A aplicação da genética estende-se para identi� cação de produtos de animais e plantas ameaçadas de extinção comercializadas de forma ilegal. Alguns tentam enganar a lei, comercializando produtos de espécies próximas cujo comércio é legalizado ou oriundas de cultivo, mas a utilização de marcadores moleculares permite a identi� cação a partir material já industrializado e pode fornecer o local de origem do indivíduo. Por exemplo, kits de análise baseados em Polimor� smos no Comprimento de Fragmentos de Restrição Terminal (T-RFLP) de genes mitocondriais e nucleares já estão disponíveis para a identi� cação e controle da pesca ilegal de peixes brasileiros, como o mero (Epinephelus itajara), cuja carne, vendida em postas e � lé, é comercializada como se fosse garoupa (Epinephelus marginatus). Esses kits são importantes instrumentos para os órgãos de � scalização ambiental e fornecem provas concretas para condenação dos infratores (FRANKHAM et al., 2008). T-RFLP - Polimor� smos no Comprimento de Fragmentos de Restrição Terminal (do inglês Terminal Restriction Fragment Length Polymorphism) é uma técnica de biologia molecular que analisa a variação no tamanho de fragmentos de DNA obtidos a partir de enzimas de restrição, separados em gel de eletroforese e visualizadas por meio de sondas marcadas com � uorescência (Figura 7). Figura 7 - Esquema com as etapas da técnica de T-RFLP: 1) extração de DNA; 2) amplificação por PCR com primers marcados com fluorescência; 3) produtos de PCR amplificados e marcados; 4) corte do DNA em regiões específicas por enzimas de restrição; 5) Padrões de bandas visualizados em Gel de Eletroforese; 6) Leitura dos fragmentos em sequenciador. a b f c e d a b c a b fc e d 1 DNA Total 6 Identificação dos Fragmentos 5 Separação dos fragmentos em gel de eletroforese 4 Clivagem com enzimas de restrição 2 PCR com marcadores fluorescentes 3 Produtos de PCR Fonte: Adaptada do site http://wiki.biomine.skelleftea.se/biomine/molecular/index_12.htm T-RFLP - Biodiversidade e Genética | UNIDADE 4 65 4.3 Bioinvasões Dados de Biologia Molecular e genética podem ser utilizados também para acompanhar o processo de bioinvasão e para propor medidas que minimizem os impactos causados por espécies exóticas invasoras. Um exemplo bem sucedido de utilização de dados genéticos foi o estudo realizado com dados de microssatélites para o controle de populações invasoras de porcos ferais (Sus scrofa) na Austrália. Esses animais são prejudiciais a conservação de espécies nativas, pois apresentam um comportamento competitivo e predatório, além de disseminarem doenças. Como medida de controle das populações de porcos ferais eram realizadas periodicamente abatimento desses animais. Entretanto, o tamanho de algumas populações não diminuíam com o abate. O estudo com microssatélites revelou que as populações que não diminuíam eram geneticamente similares a outras populações, sendo que essas serviam como fonte de imigrantes. Como alternativa, propôs- se a divisão das populações em Unidades de Erradicação, que uniria as populações que serviam de fonte (nesse trabalho foram identificados 5 Unidades de Erradicação), e os abates seriam realizados concomitantemente em todas as Unidades de Erradicação (Figura 8). Dessa forma, os abates passaram a ser mais eficientes e as populações de porcos ferais diminuíram (COWLED et al., 2008). Figura 8 - Área do estudo com porcos ferais mostrando as populações em cinza, as linhas coloridas representam as Unidade de Erradicação proposta pelo estudo Fonte: modi�cado de Cowled et al., 2008 ESPECIALIZAÇÃO EM ENSINO DE GENÉTICA66 4.4 Sexagem Algumas vezes, a sexagem morfológica de animais é di�cultada, devido à mostra de estudo não apresentar genitálias (como é o caso de amostras degradadas, carcaças etc.), e for de difícil visualização ou a espécie não apresentar dimor�smo sexual visível (como ocorre em cerca de 50% das aves). Nesses casos, marcadores moleculares podem ser usados para a determinação do sexo de forma não invasiva (GRIFFITHS et al., 1998). Um exemplo dessa aplicação é o uso de marcadores do cromossomo Y, como o fator de diferenciação testicular (SRY), ou regiões pseudohomólogas do cromossomo X e Y, que é o caso dos genes da proteína zinc �nger (ZFX e ZFY). O marcador molecular SRY produz uma banda em machos (referente a presença do fragmento do Y) e em fêmeas não apresenta nenhuma banda (devido a ausência do Y). Já o marcador molecular ZFX e ZFY baseia-se na ampli�cação simultânea de fragmentos presentes no cromossomo X e Y: machos produzem duas bandas, enquanto as fêmeas produzem só uma banda (referente a presença só do cromossomo X) (Figura 9). Figura 9 - Esquema dos cromossomos Y e X mostrando a localização especí�ca dos genes da proteína zinc �nger (ZFX e ZFY) e do fator de diferenciação testicular (SRY). Fonte: http://ajpcell.physiology.org/content/306/1/C3 Biodiversidade e Genética | UNIDADE 4 67 Esses marcadores têm sido utilizados na sexagem, por exemplo, do boto-cinza (Sotalia guianensis, Figura 5) e do tucuxi (Sotalia � uviatilis, Figura 3). Esses cetáceos não apresentam dimor� smo sexual externo facilmente observável e a maioria dos estudos dessas espécies são realizados pela técnica de foto- identi� cação, o que torna difícil a determinação do sexo, já que a foto-identi� cação depende de uma boa foto da região ventral do animal, o que é bem difícil de conseguir no campo. A aplicação dos marcadores ZFX/ZFY e SRY tem permitido a identi� cação do sexo dos indivíduos foto-identi� cados e também de carcaças recolhidas já em estado de putrefação. Na Figura 10 vemos o resultado de um gel de eletroforese para a determinação do sexo de indivíduos de Sotalia guianensis utilizando os marcadores ZFX/ZFY e SRY: para ZFX/ZFY, machos aparecem com duas bandas e fêmeas só com uma; para o SRY, machos aparecem com uma banda e fêmeas não apresentam nenhuma (CUNHA; Solé-Cava, 2007). 4.5 Considerações Como vimos nesta unidade, A Genética e a Biologia Molecular tem contribuído grandemente para estudos da biodiversidade, A foto-identificação é uma técnica que permiti a identificação de um in- divíduo dentro de uma população por meio de fotos de parte do corpo do animal que seja con- siderada como única, como, por exemplo, a barbatana caudal de ba- leias cachalote. Figura 3 - Tucuxi, Sotalia � uviatilis Fonte: http://www.elhogarnatural.com/cetaceos/Sotalia%20 � uviatilis.htm Figura 10 - Foto de Gel de Eletroforese mostrando os padrões observados nasexagem molecular de machos (M) e fêmeas (F) do boto-cinza (S. guianensis), usando os marcadores moleculares ZFX/ZFY e SRY. 1kb é um marcador de tamanho de bandas de DNA conhecido. Fonte: Cunha e Solé-Cava, 2007 Figura 5 - Boto-cinza, Sotalia guianensis Fonte: http://guapionline.com/mpf-atua-para-preservacao- do-boto-cinza/ ESPECIALIZAÇÃO EM ENSINO DE GENÉTICA68 principalmente na área da conservação. Essa área da ciência tem avançado muito e cada vez mais tem fornecido instrumentos que auxiliam os pesquisadores na identi�cação de novas espécies, conservação da biodiversidade, determinação do sexo de animais sem dimor�smo sexual aparente, entre outros. É necessário que os professores estejam capacitados para contribuir e transmitir esse conhecimento para seus alunos, a�m de que, a genética transponha as paredes do laboratório. Resumo Nesta unidade discutimos as aplicações da Genética no estudo da biodiversidade, como, por exemplo, na identi�cação de espécies crípticas, acompanhamento do processo de invasão e propostas de medidas de controle, genética forense para identi�cação de comércio ilegal de espécies ameaçadas de extinção e sexagem de animais que não possuem dimor�smo sexual aparente. Biodiversidade e Genética | UNIDADE 4 69 1. Você recebeu seis amostras de tucuxi (Sotalia � uviatilis) para determinar o sexo pela técnica de biologia molecular utilizando como marcador molecular os sistemas ZFX/ ZFY e SRY. Apresentamos a seguir o esquema de dois géis de eletroforese com os resultados para as seis amostras: (a) Gel de Eletroforese para o marcador ZFX/ZFY; (b) Gel de Eletroforese para o marcador SRY. Determine o sexo dos indivíduos analisados. Dica: relembre o padrão de bandas que cada sistema produz para machos e fêmeas no texto da unidade 4 sobre sexagem. (a) Esquema de Gel de Eletroforese para o marcador ZFX/ZFY (b) Esquema de Gel de Eletroforese para o marcador SRY ESPECIALIZAÇÃO EM ENSINO DE GENÉTICA70 Referências COWLED, B. D., J. ALDENHOVEN, I. O. A. ODEH, T. GARRETT, C. MORAN and S. J. LAPIDGE. Feral pig population structuring in the rangelands of eastern Australia: applications for designing adaptive management units. Conservation Genetics 9(1): 211-224. 2008. CUNHA H.A., SOLÉ-CAVA A.M. Molecular sexing of Sotalia �uviatilis (Cetacea: Delphinidae), using samples from biopsy darting and decomposed carcasses. Genetics and Molecular Biology 30: 1186- 1188. 2007. CUNHA, H.A.; V.M.F. SILVA; J. LAILSON-BRITO JÚNIOR; M.C.O. SANTOS; P. A.C. FLORES; A.R. MARTIN; A.F. AZEVEDO; A.B.L. FRAGOSO; R.C. ZANELATTO & A.M. SOLÉ-CAVA. Riverine and marine ecotypes of Sotalia dolphins are di�erent species. Marine Biology 148: 449-457. 2005. FRANKHAM, R.; BALLOU, J. D.; BRISCOE, D. A. Fundamentos de Genética da Conservação. Ribeirão Preto, SP: SBG – Sociedade Brasileira de Genética, p. 280, 2008. GRIFFITHS R, DOUBLE MC, ORR K, DAWSON RJ. A DNA test to sex most birds: short communication. Mol Ecol, v.7, p.1071-1075, 1998. Biodiversidade e Genética | UNIDADE 4 71 Camila Penha Abreu Souza Possui graduação em Ciências Biológicas Licenciatura pela Universidade Estadual do Maranhão (2012) e mestrado em Biodiversidade e Conservação pela Universidade Federal do Maranhão (2014). Atualmente, é Bióloga do Laboratório de Estudos Genômicos e de Histocompatibilidade (LEGH) do Hospital Universitário da Universidade Federal do Maranhão – HUUFMA, também tutora a distância do curso de Especialização no Ensino de Genética - UEMANET. É membro do Grupo de Estudos em Genética e Conservação – GGC. Tem experiência na área de Genética e Biologia Molecular, com ênfase em identificação molecular de animais, citogenética e filogeografia. Vera Lúcia Maciel Silva Mestre em Genética (Universidade de São Paulo- Ribeirão Preto). Especialista em Biologia e Genética Molecular (Universidade Federal do Maranhão - UFMA). Graduada em Ciências Biológicas (Universidade Federal do Maranhão - UFMA). Atualmente, é professora assistente da UEMA e membro do Grupo de Estudos em Genética e Conservação - GGC.
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