Como os erros de “copiar e colar” levaram ao voo dos insetos, à camuflagem do polvo e à percepção humana

Há setecentos milhões de anos, uma criatura magnífica apareceu pela primeira vez. Embora possa não ter sido muito bonito para os padrões de hoje, o animal tinha frente e costas, parte superior e inferior. Esta foi uma adaptação inovadora na época, que estabeleceu o plano corporal básico que a maioria dos animais complexos, incluindo os humanos, acabariam por herdar.

Este animal discreto habitou os mares da Terra antiga e provavelmente rastejou pelo fundo do mar. Este foi o último ancestral comum dos diplóides, um grande grupo de animais que inclui vertebrados (peixes, anfíbios, répteis, aves e mamíferos) e invertebrados (insetos, artrópodes, moluscos, vermes, equinodermos e muitos outros).

Até à data, mais de 7.000 conjuntos de genes podem ser rastreados até ao último ancestral comum dos diplóides, de acordo com um estudo de 20 espécies diferentes de diplóides, incluindo humanos, tubarões, efémeras, centopéias e polvos. Estas descobertas foram feitas por investigadores do Centro de Regulação do Genoma (CRG) em Barcelona e foram publicadas hoje na revista Ecologia e evolução da natureza.

Notavelmente, o estudo descobriu que cerca de metade destes genes ancestrais foram reaproveitados por animais para utilização em partes específicas do corpo, especialmente no cérebro e nos tecidos reprodutivos. Os resultados são surpreendentes porque genes antigos e conservados geralmente têm funções básicas e importantes exigidas em muitas partes do corpo.

Quando os pesquisadores analisaram mais de perto, descobriram que uma série de erros de “copiar e colar” encontrados durante a evolução binária foram os responsáveis. Por exemplo, houve um momento importante no início da história dos vertebrados. Um grupo de genes específicos de tecidos apareceu pela primeira vez simultaneamente com dois eventos de duplicação do genoma completo.

Os animais podem reter uma cópia para funções básicas, enquanto a segunda cópia pode ser usada como matéria-prima para inovação evolutiva. Tais eventos, em graus variados, ocorreram de forma consistente em toda a árvore evolutiva binária.

“Nossos genes são como uma vasta biblioteca de receitas que podem ser preparadas de maneira diferente para criar ou alterar tecidos e órgãos. Imagine que você acabou com duas versões de uma receita de paella por acidente. isto.” A versão extra é para você fazer risoto.

“Agora imagine que todo o livro de receitas foi copiado – duas vezes – e as possibilidades que ele abre para a evolução”, explica a autora Federica Mantica. “O legado desses eventos, que ocorreram há centenas de milhões de anos, ainda vive nos aspectos mais complexos de hoje. animais.” Para o artigo e pesquisador do Centro de Regulação do Genoma (CRG) de Barcelona.

Os autores do estudo encontraram muitos exemplos de novas funções específicas de tecidos, possibilitadas pela especialização desses genes ancestrais. Por exemplo, os genes TESMIN e os genes da tumba, que surgiram do mesmo ancestral, acabaram desempenhando um papel independentemente especializado nos testículos, tanto em vertebrados quanto em insetos. A sua importância é demonstrada pelo facto de problemas com estes genes poderem perturbar a produção de espermatozóides, afectando a fertilidade em ratos e moscas da fruta.

A especialização em genes ancestrais também lançou algumas das bases para a evolução de sistemas nervosos complexos. Por exemplo, em vertebrados, os investigadores encontraram genes importantes para a formação de bainhas de mielina em torno das células nervosas, que são essenciais para a rápida transmissão de sinais nervosos. Nos seres humanos, também identificaram o FGF17, que se pensa desempenhar um papel importante na manutenção da função cognitiva na velhice.

Nos insetos, certos genes especializaram-se nos músculos e na cutícula para formar cutículas, o que contribui para a sua capacidade de voar. Na pele dos polvos, outros genes especializaram-se na percepção de estímulos luminosos, contribuindo para a sua capacidade de mudar de cor, camuflar-se e comunicar com outros polvos.

Ao examinar a evolução das espécies ao nível dos tecidos, o estudo mostra que as mudanças na forma como os genes são utilizados em diferentes partes do corpo desempenharam um papel importante na criação de características novas e únicas nos animais. Em outras palavras, quando os genes começam a ser ativados em determinados tecidos, isso pode levar ao desenvolvimento de novas características ou habilidades físicas, o que acaba contribuindo para a evolução do animal.

“Nosso trabalho nos faz repensar os papéis e funções que os genes desempenham. Ele nos mostra que genes essenciais para a sobrevivência e que foram conservados ao longo de milhões de anos podem facilmente adquirir novas funções na evolução.

“Isso reflete um processo de equilíbrio na evolução entre a manutenção de funções vitais e a exploração de novos caminhos”, conclui o professor pesquisador do ICREA Manuel Eremia, coautor do artigo e pesquisador do Centro de Regulação do Genoma.