Esses peixes são os 'fósseis vivos' definitivos
Os genomas dos peixes são tão estáticos que grupos cujo último ancestral comum viveu na época dos dinossauros podem produzir híbridos férteis hoje
Em 1859, Charles Darwin cunhou o termo "fóssil vivo" para descrever linhagens que se assemelham há dezenas de milhões de anos, como o celacanto, o esturjão e o caranguejo-ferradura. O termo cativou a imaginação popular, mas os cientistas têm lutado para entender se essas espécies apenas se assemelham a seus ancestrais longínquos ou se, de fato, evoluíram pouco ao longo das eras.
Agora, em um estudo publicado hoje na Evolution , pesquisadores confirmam que em alguns — mas não em todos — fósseis vivos, a evolução está praticamente estagnada . Os exemplos mais impressionantes são os peixes de aparência pré-histórica chamados gars, que apresentam a taxa de evolução molecular mais lenta entre todos os vertebrados com mandíbula. A equipe também propõe um mecanismo para explicar a atemporalidade dos gars: um excelente mecanismo de reparo de DNA. Esse reparo provavelmente manteve os genomas dos gars tão estáveis que espécies e até mesmo gêneros cujo último ancestral comum viveu há mais de 100 milhões de anos divergiram muito pouco, e alguns ainda conseguem hibridizar hoje para produzir descendentes viáveis.
"Isso é incrível", diz Tetsuya Nakamura, biólogo evolucionista do desenvolvimento da Universidade Rutgers, que não participou do trabalho. "Este artigo traz muitos trabalhos interessantes sobre a questão do que constitui um fóssil vivo, mas quando li isso, fiquei chocado."
Para verificar se vários supostos fósseis vivos evoluem mais lentamente do que outros grupos de vertebrados, a equipe reuniu sequências publicadas de mais de 1.100 éxons (as regiões codificadoras do genoma) de 478 espécies. Utilizando árvores genealógicas existentes para cada grupo, eles criaram uma enorme árvore evolutiva. Para cada linhagem, os pesquisadores estimaram a taxa de mudança de cada base de DNA nos éxons estudados ao longo do tempo — a chamada taxa de substituição.
Surpreendentemente, eles descobriram que a evolução não estava em pausa em todos os fósseis vivos. O celacanto, o tubarão-elefante e uma ave chamada cigana — todos considerados antigos — apresentam taxas de mutação mais rápidas do que o esperado, de cerca de 0,0005 mutações em cada sítio por milhão de anos, embora ainda seja mais lenta do que a taxa média para anfíbios (0,007 mutações por milhão de anos) e mamíferos placentários (0,02 mutações por milhão de anos). As descobertas corroboram a ideia de que algumas espécies que ainda se assemelham a seus ancestrais antigos mudaram em nível molecular.
Mas os gars, grandes peixes de água doce com focinhos longos e dentados, eram diferentes: em quase todos os éxons, os gars apresentavam as taxas mais lentas de substituição molecular, muitas vezes em várias ordens de magnitude, e apresentavam uma média de apenas 0,00009 mutações por milhão de anos em cada sítio. De fato, dois gêneros que divergiram há cerca de 20 milhões de anos apresentaram sequências idênticas em quase todos os sítios analisados — uma descoberta que a equipe inicialmente atribuiu a um erro de sequenciamento. "Entrei neste projeto com cautela ao usar o termo fóssil vivo", diz o coautor do estudo, Chase Brownstein, doutorando em biologia evolutiva na Universidade de Yale. "Mas, pelo menos para os gars, é um termo apropriado."
Os autores postulam que, como as taxas de substituição em gars parecem consistentemente baixas em todos os locais — inclusive em regiões genômicas com pouca probabilidade de estarem sob pressão seletiva —, é provável que haja um mecanismo global impulsionando a lenta substituição. Eles sugerem que os gars são extremamente eficientes no reparo do DNA após mutações ou danos, impedindo a evolução dos animais mesmo com a mudança dos continentes ao seu redor. Uma hipótese semelhante já foi proposta por outros pesquisadores para o esturjão, que apresentou a segunda menor taxa de substituição entre os vertebrados do estudo.
DNA repair is “a reasonable hypothesis, but there’s probably more than just one explanation,” says Elise Parey, an evolutionary genomicist at University College London. Experts have noted, for example, that gars have slow metabolic rates and long generation times, features that could reduce mutation rates. Gars have also preserved the arrangement of DNA in their chromosomes and dampened the effects of so-called jumping genes that can cause genetic reshuffling as they move from place to place in the genome. “This goes not just to sequence changes, but also to chromosome evolution, which would be an interesting avenue to explore,” Parey says.
Para testar suas descobertas, os autores acompanharam relatos de peixes-agulha incomuns que poderiam ser híbridos naturais em rios por todo Oklahoma e Texas. Eles analisaram amostras de tecido de dezenas desses peixes para rastrear sua ancestralidade, descobrindo que dois gêneros de peixes-agulha — Atractosteus e Lepisosteus — estão se cruzando para produzir filhotes férteis e híbridos. Esses grupos compartilharam um ancestral comum pela última vez há cerca de 105 milhões de anos, tornando sua separação a mais antiga entre eucariotos que podem produzir descendentes viáveis. Os peixes-agulha superaram os recordistas anteriores — duas espécies de samambaia — em cerca de 60 milhões de anos. (Mentes perspicazes podem se lembrar do peixe- esturddel , um híbrido de peixe-espátula e esturjão, que divergiu há ainda mais tempo, mas esses híbridos acidentais provavelmente eram estéreis e não ocorrem naturalmente.)
O próximo passo será comprovar que os mecanismos de reparo do DNA dos peixes-agulha são de fato responsáveis pela ausência de alterações genéticas. Ao equipar o peixe-zebra — um modelo animal padrão — com genes de reparo do DNA dos peixes-agulha, os pesquisadores poderão observar os genes em ação em laboratório. "Este será um experimento desafiador, no entanto, porque [os genes de reparo do DNA] são fundamentais", e alterá-los pode ter consequências indesejadas, diz Nakamura.
Mas os autores afirmam que entender como os gars mantêm sua taxa de mutação tão baixa pode trazer benefícios que vão além da compreensão dos fósseis vivos em nível molecular. Também pode ajudar os humanos a entender melhor nossas próprias vias de reparo do DNA, que podem levar ao câncer quando falham.
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