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Biólogos criam besouro com olho funcional extra

O inseto "de três olhos" poderia ajudar a revelar mecanismos de auto-organização por trás da evolução de novos traços complexos

Eduardo Zattara
No seriado “Game of Thrones”, um corvo de três olhos sabe os segredos do passado, do presente e do futuro em um vasto reino de fantasia. Porém, para os biólogos do mundo real, um “besouro de três olhos” pode oferecer um verdadeiro vislumbre do futuro da pesquisa sobre desenvolvimento evolutivo.

Utilizando uma ferramenta genética simples, cientistas da Universidade de Indiana criaram intencionalmente um olho extra totalmente funcional no centro da testa de um besouro comum. Desvendar os mecanismo biológicos por trás dessa ocorrência poderia ajudar os pesquisadores a entender como a evolução usa “blocos de construção” genéticos e de desenvolvimento preexistentes para criar novos traços complexos, ou traços “antigos” em novos locais.

Os resultados do estudo aparecem na revista científica Proceedings of the National Academy of Sciences. O trabalho também fornece visões mais profundas de um experimento anterior que produziu, acidentalmente, um olho extra como parte de um estudo para entender como a cabeça do inseto se desenvolve.

“A biologia do desenvolvimento é lindamente complexa, em parte porque não há um único gene para um olho, um cérebro, a asa de uma borboleta ou o casco de uma tartaruga”, disse Armin P. Moszek, professor do Departamento de Biologia da Faculdade Bloomington de Artes e Ciências da Universidade de Indiana. “Em vez disso, centenas de genes individuais e dezenas de processos de desenvolvimento se juntam para permitir a formação de cada um desses traços.”

“Também aprendemos que evoluir um novo traço físico é muito parecido com construir uma nova estrutura a partir de peças de Lego, reutilizando e recombinando genes e processos de desenvolvimento ‘antigos’ dentro de novos contextos.”

Como consequência, a evolução de novas características frequentemente requer bem menos mudanças genéticas do que os biólogos acreditavam originalmente.

Contudo, diferentemente de rearranjar e combinar blocos de plástico de brinquedo para formar uma nova estrutura, Moczek disse que não está claro quais mecanismos biológicos guiam a construção de novos traços físicos em algumas circunstâncias, mas não em outras.

“Você pode fazer coisas novas de novo e de novo, ou em novos locais, utilizando o mesmo conjunto antigo de ‘blocos’”, ele disse. “Porém, com os blocos de Lego, sabemos das regras de montagem: quais pedaços se juntam e quais não o fazem. Na biologia, ainda nos esforçamos para entender os homólogos respectivos.”

Uma das maneiras pelas quais os cientistas procuram obter uma visão mais clara desse processo é incitar o crescimento de órgãos “ectópicos” - ou órgãos que se formam na parte errada do corpo. Trabalhos anteriores no campo focaram na formação dos olhos de moscas no lugar errado, como em sua asa ou sua perna. Entretanto, esses experimentos precisaram ativar os principais genes reguladores no novo local, uma técnica limitada a apenas alguns organismos de estudo. Os “olhos” resultantes também não eram completamente funcionais.

Em contrapartida, o novo estudo, liderado pela Universidade de Indiana, relata a formação de um olho extra funcional - tecnicamente, a “fusão” de dois conjuntos de olhos extras - após um “knockdown” gênico, uma técnica amplamente disponível para cientistas para ser usada na maioria dos organismos. A formação inesperada de um olho complexo e funcional em um novo local durante o processo é um “exemplo notável da capacidade de sistemas de desenvolvimento canalizarem grandes perturbações para resultados ordenados e funcionais”, disse Moczek.

Para criar um olho totalmente funcional no centro da cabeça de um besouro, a equipe de Moczek desativou um único gene chamado ortodenícula, ou odt, o qual os cientistas previamente demonstraram desempenhar um papel na instrução da formação da cabeça durante o desenvolvimento.

“O estudo perturba experimentalmente a função de um único gene principal”, disse Moczek. “E, em resposta a esta perturbação, o restante do desenvolvimento da cabeça se reorganiza para produzir um traço altamente complexo em um novo lugar: um olho composto no meio da cabeça.”

“Além disso, o olho realmente funciona!”

Para confirmar que ele era realmente um olho extra, a equipe da Universidade de Indiana conduziu múltiplos testes para provar que a estrutura possuía os mesmos tipos de células, expressava os mesmos genes, desenvolvia conexões nervosas adequadas e provocava a mesma resposta comportamental de um olho normal. O que faz os resultados tão empolgantes - além da novidade do olho Frankenstein - é a técnica genética relativamente simples usada para realizar o knockdown gênico, disse Eduardo E. Zattara, pesquisador de pós-doutorado da Universidade e principal autor do estudo.

Moczek disse que as descobertas também vão além desta aplicação, para ajudar a abordar questões fundamentais de desenvolvimento, evolução e medicina. Entender, por exemplo, como órgãos complexos organizam seu crescimento e integração no corpo são desafios centrais os quais as ciências médicas devem superar para desenvolver órgãos artificiais para pesquisa e transplante.

“O uso de olhos ectópicos é um paradigma bastante acessível para estudar tudo isso em vários tipos de organismo”, disse Zattara. “Consideramos este estudo como a abertura para novos caminhos de investigação em múltiplas disciplinas.”

Universidade de Indiana
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