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Cientistas revelam genes que tornam os gatos laranja

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Por Lluís Montoliu

publicado 8 de dezembro de 2024

Dois novos estudos revelaram por que alguns gatos são laranja – um enigma genético duradouro, até agora.

(Crédito da imagem: Eliz A via Shutterstock)

Garfield, estrela da história em quadrinhos homônima criada por Jim Davis em 1978, é, como muitos dos gatos que vagam por nossas casas, laranja. Ele é laranja da mesma forma que algumas pessoas são ruivas, alguns cavalos são marrons ou alguns cães são setters irlandeses, mas há uma diferença importante.

Para todos os outros animais, incluindo os humanos ruivos, sabemos o que causa esta cor característica, mas surpreendentemente, não sabíamos o que a causa nos gatos – e nos felinos em geral – até agora.

Dois artigos acabaram de ser publicados no bioRxiv – um dos repositórios de pré-publicação mais populares de artigos não revisados ​​– que explicam a genética por trás dos gatos laranja. Um vem do laboratório de Greg Barsh na Universidade de Stanford, Califórnia. O outro é do laboratório de Hiroyuki Sasaki na Universidade de Kyushu, no Japão.

Eumelanina e feomelanina: os dois pigmentos de mamíferos

Os mamíferos possuem apenas dois pigmentos , que são duas cores de melanina: a eumelanina (marrom escuro, enegrecido) e a feomelanina (amarelada, avermelhada ou laranja). Os ruivos produzem apenas feomelanina, enquanto as pessoas de pele escura acumulam principalmente eumelanina. Todas as outras cores de pele e cabelo ficam em algum ponto intermediário, graças a cerca de 700 genes que regulam a pigmentação em animais.

Em primatas, cavalos, roedores, cães, vacas e muitos outros animais, a produção de melanina e a decisão de produzir eumelanina ou feomelanina estão nas mãos de uma proteína de membrana chamada MC1R. Isso controla as células da pele conhecidas como melanócitos, que liberam melanina. Se um hormônio estimulador dos melanócitos (alfa-MSH) for liberado, os melanócitos começam a produzir eumelanina. Se um antagonista, como a proteína sinalizadora cutia ou a beta-defensina em cães, entrar em ação, a produção de eumelanina escura é interrompida e os melanócitos produzem feomelanina laranja.

Padrões de pigmentação de três cores em gatos malhados. (Crédito da imagem: Diagrama criado por Lluis Montoliu)

No entanto, os gatos são outra questão. Quem tem um gato em casa sabe que são animais muito peculiares, muito especiais em todos os sentidos, e isso se estende à sua pigmentação.

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Em gatos, a produção de eumelanina ou feomelanina não é controlada pelo receptor MC1R. Em vez disso, está nas mãos de um locus (cujo gene era, até agora, desconhecido) chamado “laranja”. Um locus é uma localização física no genoma cujos efeitos são conhecidos (por exemplo, pelagem preta ou laranja), mas não os detalhes da sequência precisa de DNA que contém, nem o gene ao qual pertence.

Por esse motivo, geralmente identificamos primeiro o locus e depois, com o tempo, descobrimos e descrevemos detalhadamente o gene associado. O locus laranja em gatos pode vir em duas versões: uma variante ‘O’ que suporta a produção de feomelanina (laranja) e uma variante ‘o’ que é responsável pela produção de eumelanina (preto).

Um detalhe a ser observado é que o locus laranja está no cromossomo X. As gatas são XX e os gatos machos são XY, como todos os outros mamíferos. E como acontece com todas as fêmeas de mamíferos, todas as células ao longo do desenvolvimento inativarão aleatoriamente uma das duas cópias do cromossomo X. As gatas Oo - carregando a variante O em um cromossomo X e a variante o no outro - gerarão áreas de seu corpo que são laranja (em áreas onde inativaram o alelo 'o') e outras que são pretas (ao inativar o alelo 'O').

Isso significa que quando vemos um gato bicolor (preto/laranja) ou tricolor (preto/laranja/branco), ou uma de suas versões mais diluídas, sabemos que deve ser uma fêmea, e seu padrão de pigmentação será completamente único.

Os gatos machos são laranja ou pretos (têm apenas um cromossomo X), mas não podem ser bicolores ou tricolores, a menos que carreguem uma alteração cromossômica equivalente à síndrome de Klinefelter em humanos (onde os machos nascem com um cromossomo X extra).

Gatos chita

As fêmeas podem, portanto, ter os padrões de mosaico únicos tão apreciados pelos amantes de gatos. Ao coincidir com outra mutação que afeta a proliferação e diferenciação dos melanócitos (produzindo manchas brancas, sem pigmentação), gera um gato tricolor, comumente conhecido como chita.

Cada chita é única, pois a inativação de um dos cromossomos X em cada célula pigmentar ocorre aleatoriamente durante o desenvolvimento. Quanto mais cedo ocorrer essa inativação durante o desenvolvimento, maior será a mancha resultante. Quanto mais tarde ocorrer, menores serão as manchas.

O gene da pelagem laranja felina

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Até agora, não sabíamos qual gene estava escondido atrás do locus laranja nos felinos. O trabalho recente de Barsh e Sasaki identificou que não é o homólogo de gato do MC1R, mas um diferente: o gene Arhgap36. Os gatos machos com pelagem laranja, assim como as manchas laranja dos gatos malhados, carregam uma mutação neste gene que bloqueia a produção de eumelanina e permite a produção de feomelanina.

Esses dois estudos são um maravilhoso exemplo de pesquisa boa, básica e sólida, que visa apenas satisfazer a curiosidade científica sem conhecer suas aplicações imediatas, e entender, neste caso, por que aquele gato travesso Garfield é laranja.

Este artigo editado foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original .

Synchrotron x-ray scans of a 3-million-year-old mouse fossil reveal a chemical trace of the pigment pheomelanin (bright yellow here).

University of Manchester

Este rato de 3 milhões de anos apenas deu aos cientistas a chave para decodificar antigos pigmentos vermelhos

By Gretchen VogelMay. 21, 2019 , 5:00 AM

Descobrir as cores dos animais fossilizados costumava ser uma adivinhação completa - mesmo nas raras descobertas contendo pedaços de penas, escamas ou pelos, os matizes originais em tais tecidos moles costumam ter desaparecido há muito tempo. Agora, pela primeira vez, os pesquisadores conseguiram identificar a assinatura química do pigmento que dá cor vermelha aos cabelos no fóssil de um rato antigo - usando uma nova técnica que deixa intactos os espécimes fósseis preciosos.

“The mouse fossil, it looks nice. It’s a beautiful specimen. But then you scan it, and it’s this eureka moment,” says Roy Wogelius, a geochemist at the University of Manchester in the United Kingdom, who with his colleagues developed the technique.

Using a variety of techniques, scientists have been able to gather hints about the colors of fossils including dinosaur feathers and dinosaur eggs. A decade ago, scientists used high-energy synchrotron x-rays to identify the key chemical signatures of a pigment called eumelanin, which colors skin, hair, and other tissues black, brown, and gray. But its sister pigment called pheomelanin, which gives skin and hair a pink or red hue, has been tougher to nail down.

Parte do problema, diz Wogelius, era que relativamente pouco se sabia sobre a química do pigmento nos tecidos modernos. Em trabalhos publicados em 2016, ele e seus colegas analisaram cuidadosamente os diferentes traços de metais em pigmentos de penas modernas e descobriram que, enquanto a eumelanina contém cobre, a feomelanina contém enxofre e zinco. Eles se perguntaram se traçar esses metais poderia permitir que eles também encontrassem sinais do pigmento avermelhado nos fósseis.

The mouse Apodemus atavus lived 3 million years ago in what is now central Germany.

University of Manchester

Para testar a ideia, os cientistas analisaram dois fósseis excepcionais - com tecidos moles e cabelos ainda visíveis - de um rato extinto chamado Apodemus atavus que viveu há 3 milhões de anos no que hoje é a Alemanha. Os parentes próximos das espécies atualmente vivos, como o camundongo europeu, têm pelos avermelhados, então os pesquisadores pensaram que o rato fóssil poderia ter coloração semelhante. Com certeza, quando examinaram os fósseis de ratos, encontraram a característica sobreposição de enxofre e zinco em regiões onde o cabelo era visível no fóssil. Eles relatam sua descoberta hoje em Nature Communications.

Now that scientists know what to look for, Wogelius says, he’s confident the pheomelanin signature will be detectable in much older fossils. The new data support the team’s previous claim of evidence for pheomelanin in a 30-million-year-old fossil tadpole. “I’m certain we can go back 30 million years, and probably even longer than that.”

The technique is “a very elegant method for analyzing the whole fossil in a nondestructive way,” says Jasmina Weimann, a molecular paleobiologist at Yale University. “It’s very cool.”

Other chemical analysis methods require researchers to take tiny samples from fossils. Not only does that damage part of the fossil, it also means the full picture is still guesswork. “If you took a square-millimeter sample of zebra skin, you might be able to tell if the sample was black or white, but you wouldn’t understand what a zebra looks like,” Wogelius says.

Weimann hopes similar techniques might allow researchers to identify not only pigments, but also other chemical signatures, for example of proteins specific to certain tissues.

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• Plants & Animals

doi:10.1126/science.aay1066

Planeta azul: quando o Sol ilumina céu e mar

Basta pensar na enorme mancha azul que é o céu sobre toda a superfície terrestre e na extensão dos oceanos para termos a noção da dominância da cor azul. Entender este predomínio implica uma viagem sobre a interação da radiação solar com as matérias constituintes do planeta. 

 

Por: Miguel A. R. B. Castanho

Publicado em 16/09/2015 | Atualizado em 16/09/2015

Predomínio da cor azul no planeta é resultado das interações entre radiação solar e matérias constituintes da Terra. (foto: MR/FreeImages.

 

A cor é uma sensação produzida após a entrada de luz em nossos olhos. A modificação da luz solar por interação com a matéria à nossa volta (atmosfera, solo, objetos, plantas, animais, elementos das paisagens) faz com que ela adquira características particulares que produzem em nós a sensação de cores diferentes. Em realidade, não só a cor em si, mas também o brilho, o contraste, a intensidade e outras características associadas. Porém, vamos deter-nos na cor.

A abordagem mais simples ao fenômeno da cor baseia-se apenas na frequência da radiação que lhe dá origem. Para muitas aplicações práticas, a radiação pode ser descrita como um campo magnético e um campo elétrico perpendiculares e oscilantes. É ao campo elétrico de parte dessa radiação que podemos atribuir a responsabilidade pela percepção da cor.

A radiação visível de maior frequência é percebida em nosso cérebro como azul (anil/violeta, no limite), enquanto a de menor frequência, como vermelho. Entre esses extremos, temos a mesma paleta que nos oferece o arco-íris, com verde, amarelo e laranja. Misturando radiações de frequências diferentes, percebemos a cor resultante dessa mistura e, desse modo, temos à disposição uma gama de cores incrível, para tornar as paisagens naturais um fascínio cromático.

A fração visível do espectro eletromagnético é pequena se comparada com toda a gama de radiação disponível. (arte: Luiz Baltar)

É interessante notarmos que a gama de radiações conhecida excede em muito as frequências associadas às cores. Em realidade, frequências maiores do espectro eletromagnético (ultravioleta, raios X e raios gama) correspondem a energias mais altas, capazes de quebrar ligações químicas de nosso material genético (DNA) e, assim, provocar danos nas células e nos tecidos, podendo levar à formação de tumores. No entanto, não lhes fazemos corresponder quaisquer sensações.

Já as frequências menores, quando próximas da frequência do vermelho, levam à sensação de calor, mas também não lhes associamos cores.

A radiação visível de maior frequência é percebida em nosso cérebro como azul, enquanto a de menor frequência, como vermelho

 

A radiação de que os nossos olhos tiram partido – que suscita o sentido da visão e, por isso, chamamos visível – é simplesmente aquela que mais abunda na superfície terrestre, conseguindo penetrar na água, vinda da maior fonte de radiação a que a Terra se expõe: o Sol. Afinal, evoluímos para usar a radiação mais abundante à nossa volta. De fato, a fração visível do espectro eletromagnético é pequena se comparada com toda a gama de radiação disponível para uso prático. A especialização dos olhos em uma fração tão estreita do espectro eletromagnético parece, à primeira vista, um desperdício sem sentido. Mas não é bem assim: os olhos evoluíram naturalmente, segundo os princípios darwinistas habituais de adaptação aos recursos disponíveis.

Prismas, diamantes e céu

Como dito antes, a percepção da cor é dada como resultado da combinação da radiação que chega a nossos olhos. Quando se trata de luz vinda de uma fonte luminosa direta, a situação é simples. No entanto, a radiação pode sofrer transformações quando incide sobre a matéria que compõe nosso ambiente. Ela pode ser absorvida por determinados materiais, refletida ou ‘desviada’ (refratada). Talvez um dos exemplos de refração mais conhecidos seja o da luz solar passando através de um prisma de vidro e sendo ‘decomposta’ por este. No caso, as cores separam-se de forma clara, pelo fato de a radiação ter, no novo meio (vidro), um desvio que depende de sua frequência, o que faz com que diferentes cores emanem do prisma com ângulos diferentes.

Um fenômeno igualmente fascinante, mas que envolve tanto reflexão quanto refração, é a passagem da luz por um diamante com a lapidação na forma de brilhante. Se a pedra for de boa qualidade, nenhuma radiação visível é absorvida – isto é, o diamante é de uma transparência pura –, e as medidas e os ângulos dos cortes são tais que a luz que entra nele é desviada e refletida para ser devolvida pelo topo, causando a sensação de brilho e luminosidade.

Ao penetrar a atmosfera, os raios solares são espalhados, desviados de sua trajetória original, como resultado das colisões com as moléculas de ar. (arte: Luiz Baltar)

Estruturas cristalinas como as safiras têm compostos de íons metálicos em seu interior, ausentes nos diamantes, estes contendo apenas carbono. Esses compostos absorvem as radiações com frequências específicas. Assim, ‘sobram’, para a reflexão e refração, as restantes frequências, que emanam da pedra e chegam a nossos olhos. Como resultado, as safiras podem ser de um verde ou azul deslumbrantes.
O azul do céu – também ele esplendoroso – pode ser explicado de forma semelhante. Ao penetrar a atmosfera, os raios solares são espalhados, desviados de sua trajetória original, como resultado das colisões com as moléculas de ar. O espalhamento da radiação azul – por conta de sua frequência mais alta – é mais pronunciado do que o do restante da radiação, fazendo dessa cor a dominante no meio. É isso que nos faz perceber o céu diurno como azul.

Miguel A. R. B. Castanho

Instituto de Medicina Molecular,

Faculdade de Medicina,

Universidade de Lisboa (Portugal), e

Instituto de Bioquímica Médica,

Universidade Federal do Rio de Janeiro