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Esta samambaia despretensiosa tem o maior genoma conhecido – e ninguém sabe por quê

Os cientistas esperam que o estudo dele e de outros genomas gigantes esclareça a resiliência das espécies

• 31 de maio de 2024
• 11h00 horário do leste dos EUA
• Por Ashley Stimpson 

 

 

O genoma humano é composto por 3 bilhões de pares de bases de DNA. Mas isso não é nada comparado com a samambaia forquilha da Nova Caledônia ( Tmesipteris oblanceolate ), uma planta frondosa e com gavinhas, nativa de várias ilhas do Pacífico. Seu genoma contém surpreendentes 160 bilhões de pares de bases , tornando-o o maior genoma já descoberto, relatam pesquisadores hoje na iScience . A descoberta pode ajudar os cientistas a compreender como é que os genomas crescem tanto e como estes enormes conjuntos de genes afectam a adaptabilidade e a sobrevivência das espécies.

É uma descoberta interessante, mas não totalmente inesperada, observa Kenneth Birnbaum, biólogo do desenvolvimento do Centro de Genômica e Biologia de Sistemas da Universidade de Nova York, que não fez parte da equipe de pesquisa. “As samambaias são conhecidas por isso. … Estes são acumuladores de cromossomos clássicos.”

O DNA é composto de pares de bases, duas moléculas conectadas por ligações de hidrogênio. O menor genoma descoberto até agora pertence ao parasita de mamíferos Encephalitozoon intestinalis , com insignificantes 2,25 milhões de pares de bases.

Os genomas das plantas tendem a ser mais robustos, e os cientistas sabem que as plantas com genomas relativamente grandes tendem a ter uma vida mais longa, uma reprodução mais lenta e mais vulneráveis ​​ao stress ambiental. Mas não existe uma relação clara entre o tamanho do genoma de um organismo e a sua complexidade física ou fisiológica, observa Rose Marks, investigadora de pós-doutoramento na Michigan State University que estuda genômica vegetal e não fez parte da equipa de investigação. “O tamanho do genoma não se correlaciona estreitamente com a complexidade anatômica ou do organismo”, diz ela. “É algo que ainda não temos controle.”

Entra Jaume Pellicer, principal autor do estudo e botânico do Instituto Botânico de Barcelona. Ele e seus colegas não queriam entrar no livro dos recordes. Em vez disso, eles estavam investigando qual o papel que as sequências repetitivas de DNA desempenhavam na evolução de plantas com genomas excepcionalmente grandes.

Sabendo que as samambaias muitas vezes têm trechos notavelmente longos de DNA repetitivo, a equipe recorreu à samambaia para análise. A planta não se destaca nas florestas tropicais das poucas ilhas do Pacífico, incluindo Nova Zelândia e Nova Caledônia, onde é encontrada, observa Pellicer. “Não é uma planta com flores, por isso não chama muita atenção. Acho que a beleza está por dentro.”

Os pesquisadores usaram a citometria de fluxo, uma técnica baseada em laser que analisa as características das células, para contabilizar os impressionantes 160 bilhões de pares de bases da samambaia. Isso representa 11 bilhões a mais do que a anterior detentora do recorde do genoma, uma planta japonesa chamada Paris japonica . Mas “a questão de um milhão de dólares”, diz Pellicer, é por que a samambaia possui um genoma tão grande.

Existem duas maneiras principais pelas quais as plantas adquirem genomas extragrandes . Uma delas é a cópia em massa do genoma dentro do núcleo, conhecida como poliploidia. A outra é ter um bando de sequências de DNA repetitivas e não codificantes. “Costumávamos chamar [essas sequências] de DNA lixo”, diz Pellicer. Mas agora os investigadores “sabem que têm a capacidade de se inserirem em genes próximos e fornecer-lhes novas funções ou silenciá-los”.

No entanto, “é difícil imaginar”, diz Birnbaum, que a produção de grandes quantidades de DNA não-codificante confira “algum tipo de vantagem seletiva [à samambaia]. É um fardo incrível produzir DNA para cada célula e depois empacotá-lo e protegê-lo.”

Mesmo enquanto os pesquisadores continuam a ponderar por que a samambaia tem um genoma tão vasto, eles duvidam que encontrarão muitos organismos eucarióticos com genomas substancialmente maiores. “Temos uma boa compreensão dos genomas das famílias [de organismos]”, diz Pellicer, e a samambaia provavelmente está perto do limite superior. “Se não estivermos no limite superior da escala”, diz ele, “estamos perto disso”.

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Teoria da detecção de cobras: as cobras desempenharam um papel na evolução dos primatas?

Gabriel Stroup 25 de maio

Assim como os primatas, as cobras são um dos vertebrados mais exclusivos do planeta. Eles evoluíram para se adaptarem a diversas condições ambientais, ocupando vários nichos nos ecossistemas, em todo o mundo. A ofidiofobia, o medo psicológico de cobras, é um dos medos mais comuns que os humanos parecem desenvolver inatamente, muitas vezes sem nunca encontrar uma cobra. Acredita-se que as fobias comuns, especialmente aquelas que lidam com objetos reais, podem resultar de um instinto evolutivo profundamente arraigado.

Escrito por -Gabriel Stroup

A Teoria da Detecção de Cobras (SDT), uma hipótese abrangente dentro da teoria evolutiva, que consiste em numerosas sub-hipóteses, postula que muitas características dos primatas surgiram como resultados de interações com cobras predadoras, entre outras pressões evolutivas. A antropóloga Lynne Isbell (2006) apresentou uma linha do tempo hipotética e detalhada das mudanças evolutivas que podem ter ocorrido no clado antropoide dos mamíferos desde o seu início no Cretáceo, destacando o papel das cobras como predadoras ou outras fontes de perigo, que podem ter posteriormente influenciou a evolução dos primatas (Figura 1).

Figura 1 – Cascata hipotética de eventos evolutivos que ocorrem em primatas como resultado direto da associação com cobras.
Adaptado de Isabelle, 2006.

Na primatologia, o SDT é apoiado por muitos estudos que investigam reações de primatas não humanos a diferentes espécies de cobras; foi demonstrado que macacos da charneca, por exemplo, discriminam cobras locais e perigosas de cobras não locais e não perigosas, bem como discriminam constritores de cobras venenosas (Clara et al, 2021).

Figura 2 – Exemplo de imagem de cobra, utilizado por Kawai, 2016.

Além disso, estudos psicológicos demonstraram que os humanos têm um talento especial para identificar silhuetas de cobras muito mais rapidamente do que qualquer outro animal potencialmente perigoso (Kawai, 2016). Nesta experiência, os investigadores testaram alguns estudantes de graduação, apresentando imagens de vários animais que são inicialmente obscurecidos por ruído branco aleatório, mas depois gradualmente revelados através de 20 passos (ver Figura 2). Os resultados mostram que a maioria dos participantes conseguiu identificar corretamente a cobra entre as etapas 6 e 9, enquanto a maioria dos outros animais não foram identificados até as etapas 10 e posteriores.

Outros artigos desde a publicação de Isbell demonstraram amplamente apoio ao SDT. Na antropologia cultural, algumas das culturas humanas mais antigas que ainda existem no planeta, como os vários povos Agta das Filipinas, desenvolveram formas de detectar e prevenir mortes por cobras, particularmente por pítons reticulados, a espécie de cobra mais longa do mundo (Promontório e Greene, 2011). Essas grandes constritoras se assemelham mais às primeiras cobras com as quais os primeiros primatas teriam entrado em contato na pré-história. Numa escala mais ampla, as cobras têm sido temidas ou reverenciadas como símbolos mitológicos para várias ideias em muitas culturas humanas independentes ao longo do tempo.

Um estudo neurológico mostrou que os bebês humanos têm uma resposta cerebral inata a estímulos específicos de cobras, mesmo quando comparados a lagartas semelhantes a cobras, o que seria consistente com um instinto evolutivamente arraigado para identificar rapidamente um potencial predador de primatas (Bartels et al. , 2020). Outro estudo realizou três experimentos diferentes de rastreamento ocular, todos sugerindo cumulativamente que, em comparação com as aranhas, as cobras são facilmente identificadas em condições visuais desafiadoras (Saores et al, 2014).

A detecção de cobras também se manifesta na capacidade de identificar escamas de cobra, que são notavelmente únicas no reino animal. Um estudo mostrou que uma parte do cérebro humano, que está associada a respostas emocionais a estímulos, torna-se vastamente ativa quando confrontada com padrões que se assemelham a escamas de cobra, em comparação com padrões que se assemelham a escamas de lagarto ou plumagem de aves (Van Strien & Isbell, 2017. Veja a Figura 3).

Figura 3 – Uma coleção de imagens de exemplo semelhantes às usadas por Van Strien e Isbell (Adaptado da Figura 1, 2017).

Talvez devido à influência que as cobras potencialmente exerceram na fisiologia dos primatas, há evidências que sugerem que as cobras estão evoluindo para sobreviver contra ataques preventivos de primatas. Harris et al (2021) forneceram razões para suspeitar que o advento do veneno da cobra foi causado pelas interações mortais entre cobras e primatas afro-asiáticos; principalmente pelo fato de que esses primatas apresentam resistência ao veneno de cobra, o que não acontece com os prossímios. Isto apesar do veneno da cobra ter evoluído anteriormente através de pelo menos três linhagens distintas de cobra.

A entrega do veneno da cobra, evoluindo como uma forma de a cobra se defender à distância, é possivelmente resultado de primatas que inicialmente interagiram com a cobra à distância. Se corretos, esses pontos seriam evidências mais sólidas para sugerir que cobras e primatas passaram (e continuam a passar) por um processo coevolutivo único.

Apesar do crescente apoio ao SDT, ainda existem algumas questões válidas que ainda não foram exploradas exaustivamente. Coelho et al (2019) apresentaram algumas críticas e questionamentos justos à teoria. Algumas dessas críticas/questões foram abordadas em pesquisas posteriores, mas algumas ainda permanecem. Alguns exemplos são:

• Numerosos grupos de animais desenvolveram diferentes formas de criar e distribuir veneno, que não são exclusivas das cobras, por isso faria sentido que os primatas desenvolvessem uma via generalizada para detectar tais espécies, porque a evolução de vias para cada grupo individual seria biologicamente dispendiosa e impraticável.
• A hipótese da habituação seletiva postula que as presas começam com uma imagem geral de um predador, aparentemente sensível a muitos potenciais estímulos de predador, mas depois se aclimatam/habituam ao seu ambiente específico, aprendendo a distinguir pistas ambientais inofensivas de pistas úteis ou prejudiciais. Isto tornaria desnecessário que os primatas desenvolvessem formas de detectar cobras em particular e, em vez disso, fariam com que os primatas aprendessem a reconhecer todas as ameaças locais à sua área específica.

Também vale a pena mencionar que, apesar da prevalência da ofidiofobia, há também uma grande fração de primatas (humanos especificamente) que encontram alegria ao encontrar e interagir com cobras, e essa alegria ocorre em todas as culturas humanas tanto quanto ocorre o medo. Landová et al (2018) entrevistaram estudantes universitários no Azerbaijão e na República Checa sobre as suas atitudes e percepções sobre várias espécies de cobras que lhes foram apresentadas. Eles descobriram que ambos os grupos concordavam que as espécies que mais causavam medo (víboras em particular) eram também as mais bonitas. Estes resultados ocorreram mesmo quando o grupo do Azerbaijão tinha uma atitude mais negativa em relação às cobras em comparação com o grupo checo, e apesar de ambos os grupos terem formação educacional semelhante (ciências biológicas). Os investigadores concluem que deve haver tanto um medo generalizado como uma alegria generalizada das cobras através das fronteiras sociopolíticas (ver Figura 4).

Figura 4 – Gráfico que mostra uma forte concordância entre as respostas de medo em relação a certas espécies de cobras, de estudantes universitários no Azerbaijão (eixo Y) e na República Checa (eixo X). Adaptado da Figura 2 de Landová et al, 2018.

A Teoria da Detecção de Cobras é uma ideia fascinante que sugere que a relação coevolutiva entre primatas e cobras remonta aos primeiros tempos dos mamíferos. A SDT ajuda a explicar uma fobia muito comum, a capacidade inata dos primatas de distinguir cobras de outras espécies do reino animal e outras peculiaridades da experiência dos primatas. Estudos futuros serão necessários antes que o SDT seja totalmente aceito, mas, a partir de agora, há muitos motivos para ser levado a sério. Como guardião de cobras, até eu tenho breves momentos de medo quando vejo cobras venenosas online, ou mesmo quando vejo minhas próprias cobras explorando seu ambiente. Embora eu encoraje todos a serem educados sobre a biologia e o comportamento das cobras, também entendo que o medo de cobras pode ser um produto de milhões de anos de evolução dos primatas, o que pode ter contribuído para o nosso sucesso como espécie.

Bibliografia

Bertels, J., Bourguignon, M., de Heering, A. et al. As cobras provocam respostas neurais específicas no cérebro infantil humano. Sci Rep 10, 7443 (2020). https://doi.org/10.1038/s41598-020-63619-y

Harris, RJ, Nekaris, K.AI. & Fry, BG Macacos com veneno: um aumento da resistência às α-neurotoxinas apoia uma corrida armamentista evolutiva entre primatas afro-asiáticos e cobras simpátricas. BMC Biol 19, 253 (2021). https://doi.org/10.1186/s12915-021-01195-x

Headland, Thomas N. e Harry W. Greene. "Caçadores-coletores e outros primatas como presas, predadores e competidores de cobras." Anais da Academia Nacional de Ciências 108.52 (2011): E1470-E1474.

Hernández Tienda, Clara, et al. "Reação a cobras em macacos selvagens (Macaca maura)." Jornal Internacional de Primatologia 42 (2021): 528-532.

Isbell, Lynne A. "Cobras como agentes de mudança evolutiva em cérebros de primatas." Jornal da evolução humana 51.1 (2006): 1-35.

Kawai, Nobuyuki e Hongshen He. "Quebrando a camuflagem de cobra: os humanos detectam cobras com mais precisão do que outros animais em condições visuais menos discerníveis." PLoS One 11.10 (2016): e0164342.

Landová, Eva, et al. "Associação entre medo e avaliação da beleza de cobras: descobertas interculturais." Fronteiras em psicologia 9 (2018): 333.

Soares, Sandra C., et al. "A cobra escondida na grama: detecção superior de cobras em condições desafiadoras de atenção." PLoS um 9.12 (2014): e114724.

Van Strien, Jan W. e Lynne A. Isbell. "Escamas de cobra, exposição parcial e a teoria de detecção de cobra: um estudo de potenciais relacionados a eventos humanos." Relatórios Científicos 7.1 (2017): 46331.

Imagem da capa: (C) Gabriel Stroup, GigabyteSpyder Photography