Esses gars são os melhores 'fósseis vivos'
Os genomas dos peixes são tão estáticos que grupos cujo último ancestral comum viveu na época dos dinossauros podem produzir hoje híbridos férteis
Em 1859, Charles Darwin cunhou o termo “fóssil vivo” para descrever linhagens que têm a mesma aparência há dezenas de milhões de anos, como o celacanto, o esturjão e o caranguejo-ferradura. O termo capturou a imaginação popular, mas os cientistas têm lutado para entender se tais espécies apenas se assemelham aos seus ancestrais de longa data ou se realmente evoluíram pouco ao longo dos tempos.
Agora, num estudo publicado hoje na Evolution , os investigadores confirmam que em alguns – mas não em todos – fósseis vivos, a evolução está virtualmente paralisada . Os exemplos mais impressionantes são os peixes de aparência pré-histórica chamados gars, que apresentam a taxa de evolução molecular mais lenta de todos os vertebrados com mandíbula. A equipe também propõe um mecanismo para explicar a atemporalidade dos gars: um excelente maquinário de reparo de DNA. Essa reparação provavelmente manteve os genomas do gar tão estáveis que as espécies e mesmo os géneros cujo último ancestral comum viveu há mais de 100 milhões de anos divergiram muito pouco, e alguns ainda hoje podem hibridizar para produzir descendentes viáveis.
“Isso é incrível”, diz Tetsuya Nakamura, biólogo evolutivo do desenvolvimento da Universidade Rutgers que não esteve envolvido no trabalho. “Este artigo contém muitos trabalhos interessantes sobre a questão do que constitui um fóssil vivo, mas quando li isso fiquei chocado.”
Para ver se vários supostos fósseis vivos evoluem mais lentamente do que outros grupos de vertebrados, a equipa reuniu sequências publicadas de mais de 1100 éxons (as regiões codificadoras do genoma) de 478 espécies. Usando árvores genealógicas existentes para cada grupo, eles criaram uma enorme árvore evolutiva. Para cada linhagem, os investigadores estimaram a taxa à qual cada base de ADN nos exões estudados mudou ao longo do tempo – a chamada taxa de substituição.
Surpreendentemente, 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 – têm taxas de mutação mais rápidas do que o esperado, de cerca de 0,0005 mutações em cada local por milhão de anos, embora ainda sejam mais lentas do que a taxa média para anfíbios (0,007 mutações por ano). milhões de anos) e mamíferos placentários (0,02 mutações por milhão de anos). As descobertas apoiam a ideia de que algumas espécies que ainda se assemelham aos seus ancestrais antigos mudaram, no entanto, a nível molecular.
Mas os gars, grandes peixes de água doce com focinhos longos e cheios de dentes, eram diferentes: em quase todos os exões, os gars tinham as taxas mais lentas de substituição molecular, muitas vezes em várias ordens de grandeza, e tinham em média apenas 0,00009 mutações por milhão de anos em cada local. Na verdade, dois géneros que divergiram há cerca de 20 milhões de anos tinham sequências idênticas em quase todos os locais analisados – uma descoberta que a equipa inicialmente atribuiu a um erro de sequenciação. “Entrei neste projeto com cautela ao usar o termo fóssil vivo”, diz o coautor do estudo Chase Brownstein, Ph.D. em biologia evolutiva. estudante da Universidade de Yale. “Mas, pelo menos para gars, é um termo apropriado.”
Os autores postulam que, como as taxas de substituição em gars parecem consistentemente baixas em todos os locais – incluindo em regiões genómicas que provavelmente não estarão sob pressão selectiva – é provável que exista um mecanismo global que conduza a substituição lenta. Eles sugerem que os gars são extremamente eficientes na reparação do DNA após mutações ou danos, impedindo a evolução dos animais mesmo quando os continentes mudam ao seu redor. Uma hipótese semelhante foi proposta anteriormente por outros pesquisadores para o esturjão, que teve as segundas taxas de substituição mais baixas entre os vertebrados no estudo.
A reparação do ADN é “uma hipótese razoável, mas provavelmente há mais do que uma explicação”, diz Elise Parey, genómica evolucionista da University College London. Os especialistas notaram, por exemplo, que os gars têm taxas metabólicas lentas e tempos de geração longos , características que poderiam reduzir as taxas de mutação. Os Gars também preservaram o arranjo do DNA em seus cromossomos e amorteceram os efeitos dos chamados genes saltadores, que podem causar reorganização genética à medida que se movem de um lugar para outro no genoma. “Isso não se aplica apenas às mudanças na sequência, mas também à evolução dos cromossomos, o que seria um caminho interessante a explorar”, diz Parey.
Para testar suas descobertas, os autores acompanharam relatos de peixes incomuns que poderiam ser híbridos naturais em rios de Oklahoma e Texas. Eles analisaram amostras de tecido de dezenas desses peixes para traçar sua ancestralidade, descobrindo que dois gêneros gar – Atractosteus e Lepisosteus – estão se cruzando para produzir filhotes híbridos e férteis. Estes grupos partilharam pela última vez um ancestral comum há cerca de 105 milhões de anos, tornando a sua divisão a mais antiga entre os eucariotas que podem produzir descendentes viáveis. Os gars superaram os recordistas anteriores – duas espécies de samambaias – em cerca de 60 milhões de anos. (As mentes mais aguçadas podem lembrar-se do sturddlefish , um híbrido de paddlefish e esturjão, que divergiu há ainda mais tempo, mas esses híbridos acidentais eram provavelmente estéreis e não ocorrem naturalmente.)
O próximo passo será provar que os mecanismos de reparação do ADN dos gars estão de facto a provocar a falta de alterações genéticas. Ao equipar o peixe-zebra – um modelo animal padrão – com genes de reparo de DNA gar, os investigadores poderão observar os genes em ação no laboratório. “No entanto, esta será uma experiência desafiante, porque [os genes de reparação do ADN] são fundamentais”, e mexer com eles pode ter consequências indesejadas, diz Nakamura.
Mas os autores dizem que compreender como os gars mantêm a sua taxa de mutação tão baixa pode ter benefícios que vão além da compreensão dos fósseis vivos a nível molecular. Também pode ajudar os humanos a compreender melhor os nossos próprios caminhos de reparação do ADN, que podem levar ao cancro quando falham.
