Experimentos Revelam Nova Hipótese da Evolução das Mãos e Dedos

Experimentos Revelam Nova Hipótese da Evolução das Mãos e Dedos: Um novo marco na biologia evolutiva trouxe à luz uma surpreendente perspectiva sobre como as complexas estruturas das mãos e dedos, características tão definidoras dos vertebrados terrestres, puderam ter surgido ao longo de milhões de anos. A ciência moderna, combinando análise fóssil, embriologia comparativa e avançada tecnologia de edição genética Crispr, desvenda que o desenvolvimento de nossas extremidades não se deu pela invenção de novos códigos genéticos, mas sim por uma engenhosa reutilização de instruções ancestrais.

A transição fundamental da vida aquática para a terrestre, um evento monumental ocorrido há aproximadamente 360 milhões de anos, marca o período em que organismos com nadadeiras iniciaram sua adaptação para o ambiente terrestre. Gradualmente, essas nadadeiras se metamorfosearam em pés e, em um processo subsequente que durou centenas de milhões de anos, as extremidades dianteiras evoluíram para as mãos que conhecemos. Por décadas, pesquisadores se dedicaram a escrutinar registros fósseis de peixes ancestrais dotados de nadadeiras que apresentavam uma conformação semelhante a membros. Simultaneamente, o estudo de embriões de peixes e de vertebrados terrestres contemporâneos ofereceu percepções cruciais sobre as vias de desenvolvimento de nadadeiras e membros.

Experimentos Revelam Nova Hipótese da Evolução das Mãos e Dedos

Contudo, foi o surgimento da precisa e revolucionária tecnologia Crispr de edição de DNA que capacitou os cientistas a aprofundar a compreensão dessa ancestral alteração evolutiva em sua minuciosa escala molecular. A descoberta central aponta para um paradigma diferente do que era frequentemente presumido: mãos e pés não foram meramente produtos de genes recém-criados que assumiram novas funcionalidades. Em vez disso, impulsionada pelos mecanismos da seleção natural, a evolução reuniu “parcelas” de antigas receitas genéticas que previamente codificavam outras regiões corporais ancestrais, integrando-as em inéditas e eficientes combinações.

“Este processo é notavelmente mais simplificado do que se fosse necessário construir toda a estrutura do zero”, explica Aurélie Hintermann, uma notável pesquisadora de pós-doutorado vinculada ao renomado Instituto Stowers de Pesquisa Médica, localizado em Kansas City, Missouri. A afirmação de Hintermann contextualiza a economia biológica que permeia a evolução de novas estruturas, ressaltando que a natureza muitas vezes ‘remonta’ componentes existentes de formas inovadoras.

No último mês, a equipe de Hintermann apresentou evidências irrefutáveis da antiguidade de algumas dessas “parcelas” genéticas, revelando que a codificação para a formação das mãos foi, em grande parte, “emprestada” de instruções genéticas previamente associadas ao desenvolvimento de áreas na porção inferior do corpo dos ancestrais. Essa revelação desafia concepções anteriores sobre a origem de novos traços evolutivos.

Para traçar essa intrincada jornada genética, os cientistas diligentemente rastrearam a atividade de genes em embriões em pleno desenvolvimento. Cada embrião começa sua vida como um óvulo fertilizado, carregando um único conjunto de genes. Através de sucessivas divisões celulares, novas células surgem, e cada uma delas herda o mesmo conjunto genético original. Todavia, à medida que o desenvolvimento progride, essas células engajam-se em um complexo balé de ativação e desativação de genes em padrões distintos. Essa orquestração genética permite que as células se diferenciem em tecidos e órgãos altamente especializados. Além disso, as células estabelecem uma comunicação constante, enviando moléculas sinalizadoras que deflagram transformações nas melodias genéticas de suas células vizinhas, criando um ambiente dinâmico de desenvolvimento.

As moléculas sinalizadoras, atuando como “chaves” moleculares, ativam genes ao se ligarem a posições exatas no DNA, em uma metáfora de uma chave girando perfeitamente em sua fechadura correspondente. É crucial notar que muitos genes requerem a atuação coordenada de múltiplas chaves para “destrancar” diversas fechaduras em seu código antes que possam se tornar plenamente ativos, um sistema que assegura precisão e regulação no desenvolvimento.

Ao longo de anos de pesquisa, cientistas conseguiram identificar uma parte significativa das “fechaduras” genéticas que coordenam o desenvolvimento dos membros em embriões de seres humanos e de uma diversidade de outras espécies. Em 2011, o biólogo Denis Duboule, renomado pesquisador da Universidade de Genebra, na Suíça, e sua equipe de colaboradores, realizaram uma descoberta pioneira. Eles localizaram meia dúzia dessas fechaduras moleculares, dispostas sequencialmente ao longo de uma específica região de DNA que foi denominada 5DOM. O experimento crucial envolveu a remoção desse segmento 5DOM do DNA de um embrião de camundongo. O resultado foi revelador: o embrião desenvolveu suas pernas, mas, intrigantemente, falhou em desenvolver seus pés, destacando o papel essencial do 5DOM na formação dessas extremidades.

A partir dessa constatação, Duboule e sua equipe se depararam com uma questão fundamental: como essa vital sequência de “fechaduras” evoluiu? Será que o 5DOM surgiu de forma concomitante quando nossos ancestrais primários aventuraram-se pela primeira vez em terra firme e desenvolveram seus primeiros membros terrestres? Ou a estrutura do 5DOM já existia anteriormente, presente em nossos ancestrais aquáticos, cujas formas ainda eram caracterizadas por nadadeiras?

Para endereçar essas interrogações profundas, Christopher Bolt, que na época era estudante de pós-graduação no laboratório de Duboule, empreendeu uma minuciosa investigação no genoma do peixe-zebra. Sua pesquisa culminou em uma descoberta surpreendente: o peixe-zebra também possuía a sequência 5DOM. Essa constatação, aliada ao conhecimento de que peixes-zebra e mamíferos compartilham um ancestral comum antiquíssimo que remonta a mais de 400 milhões de anos, fortaleceu a hipótese da equipe de Genebra de que esse ancestral já era detentor do 5DOM.

A presença do 5DOM em uma espécie tão divergente como o peixe-zebra sugeriu que, se a sequência permanecia intacta no genoma desse peixe contemporâneo, ela certamente estaria desempenhando uma função crucial em seus embriões. “Não poderia ser uma mera coincidência que ela ainda estivesse lá”, enfatizou Hintermann, reforçando a crença na significância funcional da sequência 5DOM através das eras evolutivas.

Aurélie Hintermann, assumindo a liderança deste projeto enquanto ainda integrava a equipe do laboratório de Genebra, prosseguiu com experimentos vitais. Utilizando a sofisticada técnica Crispr, ela cultivou embriões de peixe-zebra dos quais havia removido os bloqueios do 5DOM. O objetivo era observar se esses bloqueios eram de fato importantes para o desenvolvimento das nadadeiras e, assim, inferir seu papel. Para a surpresa da equipe, a exclusão do 5DOM exerceu pouco ou nenhum efeito perceptível no desenvolvimento das nadadeiras dos peixes-zebra. No entanto, um impacto inesperado foi observado: a remoção afetou significativamente uma região específica na porção inferior da cauda do peixe-zebra. Essa área abriga duas aberturas vitais: o ânus e um orifício comum para a bexiga e os órgãos sexuais.

Essa reviravolta no resultado experimental incitou os pesquisadores a realizar uma observação ainda mais atenta da mesma região anatômica em embriões de camundongos. A segunda surpresa não tardou a surgir: verificou-se que o 5DOM era, de fato, o responsável por desbloquear os genes que orquestravam a construção dessa região de suma importância também em mamíferos. A similaridade funcional do 5DOM em espécies tão distintas revelou um padrão genético profundamente conservado.

Esses experimentos e outras investigações subsequentes culminaram na elaboração de uma nova e revolucionária hipótese para desvendar a enigmática evolução dos dedos das mãos e dos pés. A narrativa evolutiva traçada pelos cientistas retrocede a aproximadamente meio bilhão de anos, situando-se com os peixes mais primitivos e simplificados. Naquela era geológica remota, o corpo desses “protopeixes” era predominantemente caracterizado por uma cabeça rudimentar conectada a um corpo alongado, de formato laminar. Sua subsistência baseava-se na ingestão de alimentos que percorriam um trato digestivo extenso, com os resíduos sendo expelidos pelo ânus, acompanhado de uma abertura adjacente para as funções reprodutivas e urinárias.

No desenvolvimento embrionário desses antigos vertebrados aquáticos, distintos genes eram ativados para forjar os diferentes componentes de seus corpos. Na extremidade posterior, o segmento 5DOM já exercia um papel crucial, desbloqueando os genes que controlavam a formação do ânus, bem como da abertura correspondente à uretra e aos órgãos sexuais. Surpreendentemente, essa intrincada receita genética se mostrou incrivelmente resiliente, permanecendo virtualmente inalterada por meio bilhão de anos. Esta é a razão pela qual o 5DOM ainda governa o desenvolvimento dessa região específica, tanto em peixes-zebra quanto em mamíferos – incluindo nós, seres humanos.

A despeito da notável conservação dessa função primitiva, os cientistas postulam que, há aproximadamente 360 milhões de anos, o 5DOM foi submetido a uma crucial modificação evolutiva. A partir desse ponto, ele adquiriu a capacidade adicional de construir não apenas as regiões inferiores, mas também de orquestrar o desenvolvimento de nossos dedos, tanto das mãos quanto dos pés. É neste instante evolutivo que um antigo programa genético ganha uma nova dimensão funcional.

Brent Hawkins, um respeitado biólogo da Universidade de Harvard e um dos coautores envolvidos neste elucidativo estudo, traça um paralelo cativante para explicar a reutilização adaptativa do 5DOM, comparando-a a processos criativos no mundo da música. “É análogo a um artista como Jay-Z, que encontra inspiração e sampleia trechos de canções mais antigas, incorporando-os em novas criações”, explica Hawkins, sublinhando que a evolução, tal qual a música, frequentemente recicla temas e estruturas pré-existentes de maneiras inovadoras.

Embora as mãos e as partes íntimas possam, à primeira vista, parecer desprovidas de quaisquer elos em comum, os pesquisadores apontam para algumas analogias estruturais e funcionais significativas. Ambas representam extremidades corporais: nos peixes mais primitivos, o 5DOM desempenhava a função de ativar genes que determinavam a anatomia na terminação mais distal do corpo. De modo similar, no processo de desenvolvimento de um membro, os dedos das mãos e dos pés também emergem e se organizam nas porções mais extremas da estrutura. Este padrão de controle em “extremidades” fornece uma lógica evolutiva para o reaproveitamento.

Neil Shubin, proeminente biólogo da Universidade de Chicago e também coautor do estudo, pondera que os pormenores exatos das alterações evolutivas que conferiram ao 5DOM sua capacidade expandida e sua nova função para os dedos ainda constituem um desafio a ser plenamente desvendado. “Essa descoberta realmente nos pegou de surpresa”, admite Shubin. “Ainda temos uma considerável ‘lição de casa’ a cumprir para decifrar a integralidade desse fenômeno.”

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A investigação da evolução das mãos e dedos, evidenciada por essa pesquisa inovadora, não apenas reescreve uma parte crucial da história de nossas próprias origens, mas também oferece valiosos insights sobre a engenhosidade dos processos evolutivos. Os pesquisadores envolvidos no estudo, incluindo Aurélie Hintermann do Instituto Stowers de Pesquisa Médica, destacam que essa reutilização de receitas genéticas é muito mais eficiente do que criar algo do zero. Para aprofundar seus conhecimentos sobre descobertas científicas e entender as complexidades do mundo, explore outras análises detalhadas disponíveis em nossa editoria de análises e acompanhe as últimas novidades que moldam o futuro do conhecimento.

Crédito da imagem: Dylan Martinez/Reuters