Ajustes revolucionários ao DNA que os genes dos chefes ao redor podem ter aterrado algumas aves.
Novas análises genéticas mostram que mutações no DNA regulatório fizeram com que as aves de ratites perdessem a capacidade de voar até cinco vezes diferentes ao longo da sua evolução, os pesquisadores relatam na Science de 5 de Abril. As ratites incluem emas, avestruzes, kiwis, emas, casuares, moa tinâmica e aves elefantes extintas. Só as tinâmicas podem voar.
DNA regulador recebe o seu nome porque está envolvido na regulação de quando e onde os genes são ligados e desligados. Não contém instruções para fazer proteínas. Pesquisadores têm debatido há muito tempo se grandes mudanças evolutivas, como ganhar ou perder um traço como vôo, ocorrem principalmente por causa de mutações nos genes de fabricação de proteínas ligadas ao traço, ou resultam principalmente de ajustes para o DNA regulador mais misterioso.
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Revelando a importância do DNA regulatório na moldagem da evolução poderia lançar luz sobre o quanto espécies intimamente relacionadas com os mesmos genes, tais como chimpanzés e humanos ou lésbicas e tinaminosas, podem desenvolver uma aparência e habilidades vastamente diferentes.
Os cientistas tendem a realçar a importância das mudanças de codificação proteica que afectam a evolução de vários traços em muitos organismos. Os exemplos são relativamente fáceis de encontrar. Por exemplo, um estudo prévio dos corvos-marinhos Galápagos sem vôo sugeriu que mutações em um único gene encolheram as asas das aves (SN: 6/11/16, p. 11).
Em geral, as mutações que alteram as proteínas são provavelmente mais prejudiciais do que as alterações no DNA regulatório e, portanto, mais fáceis de detectar, diz Camille Berthelot, geneticista evolucionista do Instituto Nacional de Pesquisa Médica Francês INSERM, em Paris. Uma proteína pode estar envolvida em muitos processos biológicos em todo o corpo. “Por isso, onde quer que essa proteína esteja, vai haver consequências”, diz ela.
Por contraste, muitos pedaços de DNA podem estar envolvidos na regulação da atividade de um gene, e cada um pode funcionar em apenas um ou alguns tipos de tecido. Isso reduz os danos que a mudança de um segmento regulador pode ter, tornando esses pedaços de DNA alvos fáceis para os experimentos de evolução. Mas, ao mesmo tempo, também torna muito mais difícil determinar quando o DNA regulador está realmente envolvido em grandes mudanças evolutivas, diz a geneticista evolucionista Megan Phifer-Rixey da Universidade de Monmouth em West Long Branch, N.J. Esses pedaços de DNA não são todos parecidos e podem ter mudado muito de espécie para espécie.
Biólogo revolucionário Scott Edwards da Universidade de Harvard e colegas contornaram esse problema decifrando os livros de instrução genética, ou genomas, de 11 espécies de aves, oito das quais sem vôo. Os pesquisadores então alinharam esses genomas ao lado de genomas já completados de aves, incluindo avestruzes, tinameses de garganta branca, kiwis marrons da Ilha Norte e pinguins imperadores e Adélie, assim como 25 espécies de aves voadoras.
Os pesquisadores estavam procurando por trechos de DNA regulatório que não tinham mudado muito ao longo da evolução das aves, uma indicação de que o DNA desempenha uma função importante. Entre os 284.001 trechos compartilhados, relativamente imutáveis de DNA regulatório, os pesquisadores encontraram 2.355 que tinham acumulado mais mutações do que o esperado em aves de ratites, mas não em outras linhagens de aves. A infinidade de mutações indica que esses pedaços de DNA regulatório estão evoluindo mais rapidamente do que outras partes do genoma, e podem ter perdido suas funções originais. O rastreamento quando as acelerações evolutivas aconteceram levou os pesquisadores a concluir que as ratites perderam vôo pelo menos três vezes e possivelmente até cinco vezes.
Os bits de DNA reguladores tendem a estar localizados perto de genes envolvidos no desenvolvimento dos membros, uma indicação de que eles podem ajustar a atividade dos genes para produzir asas menores. A equipe testou a capacidade de um desses bits de DNA reguladores, chamado enhancer, de ativar um gene no desenvolvimento de asas de galinha embrionária. Uma versão do realçador a partir de um tinamous elegante – que pode voar – ativou o gene, mas uma versão desse mesmo realçador a partir de um ema maior sem vôo não o fez. Esse resultado indica que mudanças nesse realçador desabilitaram sua função de desenvolvimento da asa e podem ter contribuído para a falta de vôo em eas, dizem os cientistas.
Uma hipótese atual para o porquê de as ratites, exceto as tinamosas, estarem sem vôo é que o ancestral de todas as espécies tinha perdido a habilidade de voar, e as tinamosas mais tarde a recuperaram. “Nós simplesmente não achamos isso muito plausível”, diz Edwards. Ao contrário, o ancestral das ratites provavelmente poderia voar e tinamous reteve essa habilidade, enquanto aves relacionadas perderam a habilidade, principalmente por causa de mudanças no DNA regulatório, diz ele. “O meu palpite é que é relativamente fácil perder o voo”, diz ele.
Afora dos antepassados das aves, o vôo evoluiu apenas algumas vezes: nos pterossauros, nos morcegos e talvez algumas vezes nos insetos, diz Edwards. As aves perderam o voo várias vezes. Não há exemplos conhecidos de recuperação de vôo uma vez perdido, diz ele.
Os pesquisadores também descobriram que mais de 200 genes codificadores de proteínas estavam evoluindo – acumulando mutações – mais rápido do que o esperado em ratites sem vôo, mas esses genes tendiam a estar relacionados ao metabolismo ao invés de asas encolhidas. Essas mudanças de codificação protéica não são tão importantes para a perda de vôo quanto as mudanças no DNA regulatório, concluem os pesquisadores.
As evidências não convencem a bióloga evolutiva Luisa Pallares da Universidade de Princeton. “Este artigo está jogando um jogo antigo”, diz ela, colocando as mudanças regulatórias de DNA contra as que codificam as proteínas para a importância evolutiva. “Pessoalmente não vejo sentido em fazer isso.” Ambos acontecem e podem ser igualmente importantes na formação da evolução, diz ela.