2010-06-26

Subject: Como as barbatanas se tornaram membros

 

Como as barbatanas se tornaram membros 

 

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@ natureA perda de genes que conduzem o desenvolvimento das barbatanas pode ajudar a explicar a forma como os peixes se transformaram em vertebrados tetrápodes, revela um novo estudo.

No final do período Devónico, há cerca de 365 milhões de anos, animais semelhantes a peixes começaram a aventurar-se das águas rasas para terra com a ajuda de membros com oito dedos. Esses membros evoluíram a partir de barbatanas e durante a transição os nossos ancestrais vertebrados perderam as fibras rígidas, conhecidas por actinotriquias, que fornecem apoio estrutural e conduzem o desenvolvimento da barbatana. O número de dígitos foi posteriormente reduzido para um máximo de cinco por cada membro.

Marie-Andrée Akimenko, da Universidade de Otava, Canadá, pode agora ser capaz de explicar como os nossos ancestrais perderam as barbatanas: a sua equipa descobriu a família de genes que codificam as proteínas que formam as fibras rígidas das barbatanas.

Os genes para a actinodina (AND) estão presentes no modelo laboratorial que é o peixe-zebra e em peixes ancestrais mas não nos vertebrados tetrápodes, relata a equipa na última edição da revista Nature. Para além disso, os investigadores descobriram que impedir a expressão dos genes AND em peixes-zebra também perturba a expressão de genes que regulam o crescimento dos membros e o número de dígitos em outros animais.

Estes resultados indicam que a perda de genes AND está associada à alteração de barbatanas para membros. "É um excelente exemplo da forma como alterações num ou dois genes podem ser responsáveis por uma enorme transição evolutiva", diz Axel Meyer, biólogo da Universidade Konstanz na Alemanha, que estuda a evolução genética em peixes.

Mas a relação causal não é certa. "A verdadeira questão é: perdemos estes genes porque perdemos a utilização das barbatanas ou perdemos as barbatanas porque perdemos os genes?", diz Denis Duboule, biólogo evolutivo do desenvolvimento no Instituto Federal Suíço de Tecnologia de Lausanne (EPFL). "O problema é que quando se trata de uma questão evolutiva, não podemos fazer a experiência."

Os investigadores procuraram genes que se expressavam mais activamente em barbatanas de peixes-zebra que estavam a crescer novamente após amputação e detectaram dois com funções anteriormente desconhecidas. Ambos os genes codificam proteínas com forma uma estrutura complexa semelhante ao colagénio chamada elastoidina, que se encontra nas actinotriquias. 

A equipa de Akimenko também procurou na base de dados genómica do peixe-zebra e encontrou dois outros genes que prevêem produzam proteínas semelhantes. A expressão de todos os quatro genes AND seguia o surgimento de actinotriquias em embriões de peixe-zebra e na regeneração de barbatanas em adultos.

 

As bases de dados de outros peixes ósseos também contêm os genes, mas não existem em tetrápodes. A família de genes pode ter raízes muito antigas pois uma sequência parcial semelhante à AND surge no genoma do tubarão-elefante, que evoluiu há 450 milhões de anos e faz parte da família de vertebrados mandibulados vivos mais antiga.

A equipa usou morfolinos (pequenas moléculas que se ligam ao RNA e impedem a síntese proteica) para impedir a expressão de dois genes AND em embriões de peixe-zebra. Descobriram que não existia actinotriquias das pregas embrionárias que normalmente dão origem a barbatanas e as pregas ficaram subdesenvolvidas e enroladas.

Quando perturbaram os dois genes na regeneração das barbatanas dos adultos da mesma forma, descobriram que a distribuição das actinotriquias era afectada. Mais ainda, os peixes-zebra com expressão AND reduzida revelavam expressão anormal dos genes que regulam o crescimento de membros e dígitos. Quando anormais em outros animais, estes genes podem levar ao crescimento de dígitos extra, como os observados nos primeiros vertebrados terrestres com oito dígitos.

"Temos tendência para pensar que novos genes trazem novas funções mas este estudo mostra que a presença de genes restringe ou dirige o desenvolvimento em certas direcções", diz Meyer. "A perda de genes é na realidade uma forma criativa de evolução."

O estudo foi limitado a apenas alguns dias pelo reduzido tempo de vida dos morfolinos que bloqueiam o RNA, pelo que não foi possível a Akimenko determinar se perturbar os genes AND também impede a formação de outras partes do esqueleto da barbatana que desapareceu durante a transição de barbatana para membro.

No futuro, ela planeia introduzir genes AND em ratos e observar os efeitos sobre o desenvolvimento dos membros. Ela também gostaria de examinar o papel de outros dois genes AND e determinar como são regulados. Os genes não são o único factor na evolução das barbatanas para membros, no entanto: "Esta é apenas uma pequena peça do puzzle que pode ajudar-nos a compreender esta transição", diz Akimenko.

 

 

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