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Humanos e outros animais perderam e ganharam grandes quantidades de DNA ao longo da evolução

Novo estudo revela dinâmica escondida na evolução do DNA de pássaros e mamíferos

A imagem é cortesia de Meg Benhase (https://mostlyphotos.wordpress.com). Edição e montagem de Aurélie Kapusta.
A evolução é comumente vista como uma remodelagem gradual do genoma, o diagrama genético para a construção de um organismo. Mas, em alguns casos, talvez seja mais apropriado vê-la como uma revisão. Ao longo dos últimos 100 milhões de anos, a linhagem humana perdeu um quinto de seu DNA, enquanto uma quantidade ainda maior foi acrescentada, reportam cientistas da Escola de Medicina da Universidade de Utah. Até agora, o grau de expansão e contração de nosso genoma havia sido subestimado, mascarado pelo tamanho relativamente constante ao longo do tempo evolutivo.

Humanos não são os únicos com genomas elásticos. Um novo olhar sobre animais de zoológico, de beija-flores até morcegos e elefantes, sugere que muitos genomas de vertebrados possuem as mesmas propriedades de “sanfona”.

“Eu realmente não esperava por isso,” afirma o autor sênior do estudo, Cédric Feschotte, professor de genética humana. “A natureza dinâmica desses genomas ficou escondida por causa do incrível equilíbrio de perda e ganho.”

Pesquisas anteriores haviam mostrado que o tamanho dos genomas varia bastante entre espécies diferentes de plantas e insetos, um sinal de flutuação. Essa é a primeira pesquisa a comparar um conjunto diverso de vertebrados de sangue quente, 10 mamíferos e 24 pássaros no total. O estudo foi publicado online na Proceedings of the National Academies of Sciences (PNAS) durante a semana do dia 6 de fevereiro.

Aparar para a decolagem

Quando a evolução se repete, normalmente há uma boa razão. Para a maior parte dos vertebrados, não existe um motivo aparente imediato que explique por que as exclusões e adições do genoma andam de mãos dadas. Para animais que voam, no entanto, pode existir uma pista.

A viagem de Feschotte pelo campo começou cinco anos atrás, depois que sua pesquisa demonstrou um paradoxo. Seu grupo, assim como outros, descobriu que genomas de morcegos estavam cheios de pequenos pedaços de DNA, chamados transposons, que tinham invadido e copiado a si mesmos ao longo de todo o material genético dos mamíferos voadores. Em particular, essa amplificação massiva de transposon expandiu o genoma de uma espécie chamada micro morcegos em 460 megabases — mais material genético do que o existente em um peixe baiacu. Ainda assim, o tamanho total do genoma de um morcego permaneceu relativamente pequeno em comparação com o de outros mamíferos, sugerindo que, embora transposons tenham adicionado DNA novo, parte do DNA velho deve ter sido removido de alguma forma.

“Esses dados imploravam pela resposta da pergunta: para onde foi o DNA velho?” afirma Feschotte. Para manter o tamanho do seus genomas, ele pensou, esse animais devem ser bons em descartar DNA.

Para testar essa hipótese, a equipe precisava quantificar algo que não estava lá, a quantidade de DNA perdido através dos milênios. Feschotte e a autora líder do estudo, Aurélie Kapusta, Ph.D. e pesquisadora associada de genética humana, desenvolveram métodos para extrapolar a quantidade de DNA desaparecido comparando o tamanho dos genomas dos animais hoje com o dos seus ancestrais comuns.

Bem como suspeitaram, o micro morcego perdeu mais DNA ao longo do tempo — três vezes mais — do que ganhou desde a divergência de um ancestral mamífero. O primo desse morcego, o mega morcego, diminuiu ainda mais o seu genoma, perdendo oito vezes mais do que foi adicionado.

As descobertas foram a primeira pista de que os genomas de mamíferos são mais dinâmicos do que se pensava anteriormente. Mas mais do que isso, os dados se encaixam bem com uma ideia que vem sido discutida entre cientistas há algum tempo. Animais que voam possuem genomas menores. Isso porque, talvez, o custo metabólico do voo imponha uma limitação ao tamanho do genoma.

De fato, quando pesquisadores expandiram a pesquisa para incluir os compatriotas alados dos morcegos: pica-paus, garças, beija-flores e outros pássaros, descobriram que a dinâmica dos genomas das duas espécies de mamíferos voadores era mais parecida com a dos outros pássaros do que com a de mamíferos que não voam. Enquanto a maior parte dos mamíferos mostraram uma tendência maior a ter um equilíbrio entre as quantidades de DNA perdidas e adicionadas ao longo do tempo evolutivo, os morcegos mostraram uma tendência a perder DNA ao longo do mesmo período.

Os fatores biológicos por trás dessas diferenças na dinâmicas dos genomas observadas em espécies diferentes provavelmente são complexos e terão ainda que ser explorados. Mas se a perda de conteúdo do genoma permitiu aos animais voadores saírem do chão ou não é uma proposta intrigante que vale a pena ser investigada, afirma Feschotte.

“Se você olhar para partes pequenas do genoma, ou apenas para um ponto do tempo, você não vê que toda a paisagem do genoma mudou com o tempo,” explica Kapusta. “Você pode ver muito mais quando dá um passo para trás e olha a imagem toda.”


University of Utah Health Sciences

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