Surpreenda-se! Somos mais como peixes primitivos do que se acreditava
Cronograma de evolução dos vertebrados. Crédito: Dr. Guojie Zhang
As pessoas tradicionalmente pensam que pulmões e membros são inovações fundamentais que vieram com a transição de vertebrados da água para a terra. Mas, na verdade, a base genética da respiração do ar e do movimento dos membros já estava estabelecida em nosso ancestral de peixes 50 milhões de anos antes. Isso, de acordo com um recente mapeamento genoma de peixes primitivos conduzido pela Universidade de Copenhague, entre outros. O novo estudo muda nossa compreensão de um marco fundamental em nossa própria história evolutiva.
Não há nada de novo sobre os humanos e todos os outros vertebrados que evoluíram de peixes. O entendimento convencional tem sido que certos peixes shimmied landward cerca de 370 milhões de anos atrás como animais primitivos, semelhantes a lagartos conhecidos como tetrápodes. De acordo com esse entendimento, nossos ancestrais peixes saíram da água para a terra convertendo suas barbatanas em membros e respirando sob a água para respirar ar.
No entanto, membros e pulmões não são inovações que apareceram tão recentes quanto se acreditava. Nosso ancestral de peixe comum que viveu 50 milhões de anos antes do tetrápode desembarcar já carregava os códigos genéticos para formas semelhantes a membros e respiração de ar necessária para aterrissagem. Esses códigos genéticos ainda estão presentes em humanos e um grupo de peixes primitivos.
Isso foi demonstrado por pesquisas genômicas recentes conduzidas pela Universidade de Copenhague e seus parceiros. A nova pesquisa relata que a evolução desses códigos genéticos ancestrais pode ter contribuído para a transição vertebrada água-terra, que muda a visão tradicional da sequência e da linha do tempo deste grande salto evolutivo. O estudo foi publicado na revista científica Cell.
"A transição água-terra é um marco importante em nossa história evolutiva. A chave para entender como essa transição aconteceu é revelar quando e como os pulmões e membros evoluíram. Agora somos capazes de demonstrar que a base genética subjacente a essas funções biológicas ocorreu muito antes dos primeiros animais desembarcarem", declarou o professor e autor principal Guojie Zhang, do Villum Centre for Biodiversity Genomics, do Departamento de Biologia da Universidade de Copenhague.
Um grupo de peixes vivos antigos pode ter a chave para explicar como o tetrápode finalmente poderia crescer membros e respirar no ar. O grupo de peixes inclui o bichir que vive em habitats de água doce rasas na África. Esses peixes diferem da maioria dos outros peixes ósseos existentes carregando traços que nossos ancestrais dos peixes podem ter tido há mais de 420 milhões de anos. E os mesmos traços também estão presentes em humanos, por exemplo. Através de um sequenciamento genômico, os pesquisadores descobriram que os genes necessários para o desenvolvimento de pulmões e membros já apareceram nessas espécies primitivas.
Nossa articulação sinovial evoluiu de ancestral de peixes
Usando barbatanas peitorais com uma função locomotor como membros, o bichir pode mover-se em terra de forma semelhante ao tetrápode. Pesquisadores acreditam há alguns anos que as barbatanas peitorais em bichir representam as barbatanas que nossos ancestrais peixes tinham.
O novo mapeamento do genoma mostra que a articulação que conecta o chamado osso metapterógio com os ossos radiais na barbatana peitoral no bichir é homólogo das articulações sinoviais em humanos — as articulações que conectam ossos do braço superior e do antebraço. A sequência de DNA que controla a formação de nossas articulações sinoviais já existia nos ancestrais comuns dos peixes-ossos e ainda está presente nesses peixes primitivos e em vertebrados terrestres. Em algum momento, essa sequência de DNA e a articulação sinovial foram perdidas em todos os peixes ósseos comuns - as chamadas teleósteos.
"Esse código genético e a articulação permitem que nossos ossos se movam livremente, o que explica por que o bichir pode se mover em terra", diz Guojie Zhang.
Primeiro pulmões, depois bexiga natatória
Além disso, o bichir e alguns outros peixes primitivos têm um par de pulmões que anatomicamente se assemelha ao nosso. O novo estudo revela que os pulmões tanto em bichir quanto em jacaré gar também funcionam de forma semelhante e expressam o mesmo conjunto de genes que os pulmões humanos.
Ao mesmo tempo, o estudo demonstra que o tecido do pulmão e da bexiga de natação da maioria dos peixes já registrados são muito semelhantes na expressão genética, confirmando que são órgãos homólogos como previsto por Darwin. Mas enquanto Darwin sugeriu que bexigas de natação convertidas em pulmões, o estudo sugere que é mais provável que as bexigas de natação evoluíram dos pulmões. A pesquisa sugere que nossos ancestrais dos peixes ósseos tinham pulmões funcionais primitivos. Através da evolução, um ramo de peixes preservou as funções pulmonares que são mais adaptadas à respiração do ar e, finalmente, levaram à evolução dos tetrápodes. O outro ramo de peixes modificou a estrutura pulmonar e evoluiu com bexigas de natação, liderando a evolução das teleosts. As bexigas de natação permitem que esses peixes mantenham a flutuação e percebam a pressão, assim sobrevivendo melhor debaixo d'água.
"O estudo nos esclarece sobre de onde nossos órgãos corporais vieram e como suas funções são decodificadas no genoma. Assim, algumas das funções relacionadas ao pulmão e membros não evoluíram na época em que a transição água-terra ocorreu, mas são codificadas por alguns mecanismos regulatórios genéticos antigos que já estavam presentes em nosso ancestral de peixes muito antes do pouso. É interessante que esses códigos genéticos ainda estejam presentes nesses peixes "fósseis vivos", que nos oferecem a oportunidade de traçar a raiz desses genes", conclui Guojie Zhang.
FACT BOX 1: Não apenas membros e pulmões, mas também o coração
Peixes primitivos e humanos também compartilham uma função comum e crítica no sistema cardio-respiratório: o conus arteriosus, uma estrutura no ventrículo direito do nosso coração que pode permitir que o coração entregue eficientemente o oxigênio para todo o corpo, e que também é encontrado no bichir. No entanto, a grande maioria dos peixes ósseos perderam essa estrutura. Os pesquisadores descobriram um elemento genético que parece controlar o desenvolvimento do conus arteriosus. Experimentos transgênicos com camundongos mostraram que quando os pesquisadores removeram esse elemento genético, os camundongos mutantes morreram devido a ventrículos direito mais finos e menores, que levam a defeitos cardíacos congênitos e função cardíaca comprometida.
CAIXA DE FATOS 2:
- A grande maioria das espécies de peixes já enta pertencem aos peixes-a-raia, uma subclasse de peixes ósseos. Estes são tipicamente peixes com brânquias, barbatanas e uma bexiga de natação.
- O grupo terrestre de vertebrados é conhecido como tetrápode. O tetrápode inclui todos os vertebrados descendentes dos primeiros animais adaptados a uma vida em terra, desenvolvendo quatro membros e pulmões, ou seja, todos os mamíferos, aves, répteis e anfíbios.
- A teoria dos pesquisadores é que a capacidade de respiração do ar nesses peixes primitivos permitiu que eles sobrevivessem à segunda extinção em massa cerca de 375-360 milhões de anos atrás. Naquela época, o esgotamento do oxigênio nos oceanos da Terra fez com que a maioria das espécies fosse dizimada. Os pulmões permitiram que alguns peixes sobrevivessem em terra.
- O estudo foi publicado na revista científica Cell. A equipe de pesquisa também contribuiu para outro artigo que relatou o genoma de outro peixe primitivo, o peixe-pulmão. O genoma é o maior genoma vertebrado decodificado até agora. Este artigo foi publicado na Cell ao mesmo tempo.
- A pesquisa é apoiada pela Fundação Villum, entre outras.
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