A toutinegra de Bachman, uma ave canora que foi vista pela última vez na América do Norte há quase 40 anos, era uma espécie distinta e não um híbrido de suas duas espécies irmãs vivas, de acordo com um novo estudo no qual os genomas completos de sete espécimes de museu da ave foram sequenciado. As comparações do genoma da toutinegra de Bachman com as toutinegras de asas douradas e de asas azuis também ajudaram os pesquisadores a identificar um novo gene candidato envolvido na pigmentação das penas no grupo. Um artigo descrevendo o estudo, liderado por pesquisadores da Penn State, destaca o papel crucial que as coleções de museus podem desempenhar na ciência e aparece em 16 de junho de 2023 na revista biologia atual.
“A toutinegra de Bachman é a única ave canora conhecida por ter sido extinta recentemente na América do Norte”, disse David Toews, professor assistente de biologia no Penn State Eberly College of Science e líder da equipe de pesquisa. “É uma das três espécies do gênero Vermivora. Nosso laboratório estuda as duas espécies vivas desse gênero, que são conhecidas por acasalar entre si produzindo descendentes híbridos.”
Toutinegras de asas douradas e de asas azuis produzem um espectro de híbridos, mas dois tipos distintos de descendentes híbridos, cada um com uma combinação única da coloração da espécie parental, têm sido o foco de observadores de pássaros e ornitólogos. Isso ocorre porque esses dois híbridos eram considerados espécies distintas, conhecidas como toutinegra de Brewster e toutinegra de Lawrence, até um estudo cuidadoso de híbridos selvagens e, agora, a análise genética moderna confirmou suas origens híbridas. A extinta toutinegra de Bachman se assemelha a um desses descendentes híbridos em coloração, então houve alguma dúvida se a toutinegra de Bachman era em si uma espécie distinta ou se também poderia ter sido um híbrido.
A equipe de pesquisa coletou sete espécimes da toutinegra de Bachman de coleções de museus e extraiu o DNA das patas dos pés das aves. Eles então realizaram o sequenciamento de todo o genoma para comparar o genoma da toutinegra de Bachman com os genomas existentes das duas espécies vivas do gênero.
“Nunca é fácil obter DNA para sequenciamento de espécimes de museus”, disse Andrew Wood, o primeiro autor do artigo, que era tecnólogo de pesquisa no laboratório de Toews na época da pesquisa e agora é pesquisador de pós-doutorado na Universidade de Minnesota. “Essas aves foram coletadas há mais de cem anos e não foram preservadas de nenhuma maneira especial, mas conseguimos extrair DNA suficiente para obter sequências genômicas comparáveis às das espécies vivas”.
Os genomas das toutinegras de asas douradas e de asas azuis são muito semelhantes entre si, exceto por algumas regiões que estão envolvidas na determinação dos padrões de coloração das penas da ave. Em comparação, o genoma da toutinegra de Bachman era muito diferente, o que indicava aos pesquisadores que se tratava, de fato, de uma espécie distinta.
“Temos apenas um pequeno tamanho de amostra para o genoma da toutinegra de Bachman, mas uma das descobertas interessantes que vimos comparando os sete espécimes foi que havia longos ‘cursos de homozigose'”, disse Toews. “Estas são regiões do genoma onde as duas cópias do genoma – uma herdada de cada pai – são idênticas entre si e é uma indicação de que a população pode ter sido pequena e houve muita endogamia. Vemos algo semelhante padrões nas espécies vivas, então entender se isso pode ter contribuído para a extinção da toutinegra de Bachman pode nos ajudar a entender melhor a saúde e a conservação da população viva”.
Os pesquisadores também compararam os genomas das três espécies para procurar regiões do genoma que podem ter evoluído de forma diferente em cada linhagem. Essas diferenças podem ser indicadores de que uma determinada região do genoma evoluiu por seleção natural para uma determinada característica ou por causa de outro processo evolutivo. Ter o genoma de uma terceira espécie para comparar permitiu que os pesquisadores identificassem uma região que continha um novo gene candidato envolvido na pigmentação da toutinegra.
“Iniciamos este estudo porque estávamos interessados em aprender sobre a história e a biologia da toutinegra de Bachman”, disse Woods. “Mas nossos resultados também destacaram como podemos usar espécies extintas para aprender sobre seus parentes vivos. Perdemos muito contexto biológico e evolutivo através do processo de extinção e poder comparar a toutinegra de Bachman com as duas espécies vivas nos permitiu identificar um gene que talvez não teríamos encontrado de outra forma. O contexto é crucial para entender a biologia. As coleções de história natural nos permitem colocar novas observações em contextos que podem ter desaparecido do mundo natural. Isso alimenta a descoberta e torna os museus ferramentas poderosas e subestimadas. “
Além de Toews e Wood, a equipe de pesquisa inclui Zachary A. Szpiech, professor assistente de biologia na Penn State; Irby J. Lovette no Cornell Lab of Ornithology; e Brian Tilston Smith no Museu Americano de História Natural em Nova York. A pesquisa foi financiada pela US National Science Foundation, pelos Huck Institutes of the Life Sciences da Penn State e pela Penn State Eberly College of Science. Os cálculos foram realizados usando o supercomputador Roar do Penn State Institute for Computational Data Sciences.