Um estudo inovador revela que uma criatura simples de 700 milhões de anos atrás, o ancestral de todos os bilaterais, estabeleceu um plano corporal e um legado genético que influenciou significativamente a trajetória evolutiva de animais complexos através da adaptação especializada de genes antigos. A imagem acima mostra uma efemérida, uma das 20 espécies estudadas no artigo. Crédito: Isabel Almudi
Eventos de duplicação de genes há centenas de milhões de anos contribuíram para inovações evolutivas, como o voo dos insetos, a camuflagem do polvo e a cognição humana.
Há 700 milhões de anos, uma criatura notável surgiu pela primeira vez. Embora possa não ter sido muito atraente para os padrões de hoje, o animal tinha frente e costas, parte superior e inferior. Esta foi uma adaptação inovadora na época e que estabeleceu o plano corporal básico que a maioria dos animais complexos, incluindo os humanos, acabariam por herdar.
O animal discreto residia nos antigos mares da Terra, provavelmente rastejando ao longo do fundo do mar. Este foi o último ancestral comum dos bilaterais, um vasto supergrupo de animais que inclui vertebrados (peixes, anfíbios, répteis, aves e mamíferos), e invertebrados (insetos, artrópodes, moluscos, vermes, equinodermos e muitos mais).
Até hoje, mais de 7.000 grupos de genes podem ser rastreados até o último ancestral comum dos bilaterais, de acordo com um estudo de 20 bilaterais diferentes. espécies incluindo humanos, tubarões, efêmeras, centopéias e polvos. As descobertas foram feitas por pesquisadores do Centro de Regulação Genômica (CRG) de Barcelona e publicadas recentemente na revista Ecologia e Evolução da Natureza.
Evolução e Especialização Genética
Notavelmente, o estudo descobriu que cerca de metade destes genes ancestrais foram desde então reaproveitados por animais para utilização em partes específicas do corpo, particularmente no cérebro e nos tecidos reprodutivos. As descobertas são surpreendentes porque genes antigos e conservados geralmente desempenham funções fundamentais e importantes, necessárias em muitas partes do corpo.
Quando os pesquisadores examinaram mais de perto, descobriram que a culpa era de uma série de erros fortuitos de “copiar e colar” durante a evolução bilateriana. Por exemplo, houve um momento significativo no início da história dos vertebrados. Vários genes específicos de tecidos apareceram pela primeira vez, coincidindo com dois eventos de duplicação do genoma completo. Os animais poderiam manter uma cópia para funções fundamentais, enquanto a segunda cópia poderia ser usada como matéria-prima para inovação evolutiva. Eventos como estes, em vários graus de escala, ocorreram constantemente em toda a árvore evolutiva bilateral.
“Nossos genes são como uma vasta biblioteca de receitas que podem ser elaboradas de maneira diferente para criar ou alterar tecidos e órgãos. Imagine que você acaba acidentalmente com duas cópias de uma receita de paella. Você pode manter e aproveitar a receita original enquanto a evolução ajusta a cópia extra para fazer risoto. Agora imagine que todo o livro de receitas seja copiado – duas vezes – e as possibilidades que ele abre para a evolução. O legado destes eventos, que ocorreram há centenas de milhões de anos, continua vivo na maioria dos animais complexos de hoje”, explica Federica Mantica, autora do artigo e investigadora do Centro de Regulação Genómica (CRG) de Barcelona.
Funções genéticas especializadas entre espécies
Os autores do estudo encontraram muitos exemplos de novas funções específicas de tecidos, possibilitadas pela especialização desses genes ancestrais. Por exemplo, o TESMIN e túmulo genes, que se originaram do mesmo ancestral, acabaram desempenhando de forma independente um papel especializado nos testículos tanto em vertebrados quanto em insetos. A sua importância é realçada pelo facto de problemas com estes genes poderem perturbar a produção de espermatozóides, afectando a fertilidade tanto em ratos como em moscas da fruta.
A especialização dos genes ancestrais também lançou algumas bases para o desenvolvimento de sistemas nervosos complexos. Por exemplo, em vertebrados, os investigadores encontraram genes críticos para a formação de bainhas de mielina em torno das células nervosas, que são essenciais para a transmissão rápida do sinal nervoso. Em humanos, eles também identificaram FGF17que se acredita desempenhar um papel importante na manutenção das funções cognitivas na velhice.
Nos insetos, genes específicos especializaram-se nos músculos e na epiderme para a formação da cutícula, contribuindo para a sua capacidade de voar. Na pele dos polvos, outros genes tornaram-se especializados na percepção de estímulos luminosos, contribuindo para a sua capacidade de mudar de cor, camuflar-se e comunicar com outros polvos.
Ao estudar a evolução das espécies ao nível dos tecidos, o estudo demonstra que as mudanças na forma como os genes são utilizados em diferentes partes do corpo desempenharam um grande papel na criação de características novas e únicas nos animais. Em outras palavras, quando os genes passam a atuar em tecidos específicos, isso pode levar ao desenvolvimento de novas características ou habilidades físicas, o que acaba contribuindo para a evolução animal.
“Nosso trabalho nos faz repensar os papéis e funções que os genes desempenham. Mostra-nos que genes que são cruciais para a sobrevivência e que foram preservados ao longo de milhões de anos também podem facilmente adquirir novas funções na evolução. Reflete o equilíbrio da evolução entre a preservação de funções vitais e a exploração de novos caminhos”, conclui o professor investigador do ICREA Manuel Irimia, co-autor do artigo e investigador do Centro de Regulação Genómica.
Referência: “Evolução da expressão específica de tecidos de genes ancestrais em vertebrados e insetos” por Federica Mantica, Luis P. Iñiguez, Yamile Marquez, Jon Permanyer, Antonio Torres-Mendez, Josefa Cruz, Xavier Franch-Marro, Frank Tulenko, Demian Burguera , Stephanie Bertrand, Toby Doyle, Marcela Nouzova, Peter D. Currie, Fernando G. Noriega, Hector Escriva, Maria Ina Arnone, Caroline B. Albertin, Karl R. Wotton, Isabel Almudi, David Martin e Manuel Irimia, 15 de abril de 2024, Ecologia e Evolução da Natureza.
DOI: 10.1038/s41559-024-02398-5
