Cientistas desvendam o genoma do celacanto

Cientistas desvendam o genoma do celacanto

Herton Escobar

18 Abril 2013 | 09h03

Matéria publicada hoje no Estadão, revisada e com algumas informações adicionais.

 

Herton Escobar /O Estado de S.Paulo

Primeiro, achavam que ele estava extinto. Depois, quando descobriram que não, apelidaram-no de “fóssil vivo”, por causa de sua morfologia pré-histórica – em especial, das nadadeiras, que conservam dentro delas uma forma rudimentar de braço e antebraço. Especulou-se que ele seria o parente vivo mais próximo do peixe ancestral que deu origem à linhagem dos tetrápodes, os animais de quatro membros (incluindo nós, seres humanos) que saíram da água e conquistaram a terra entre 300 e 400 milhões de anos atrás.

Apesar dos muitos fósseis disponíveis, faltavam informações genéticas para tirar a dúvida. Agora não faltam mais. Em um trabalho publicado hoje na revista Nature, pesquisadores de vários países (incluindo o Brasil) apresentam uma análise do genoma do celacanto, um peixe estranho e muito raro que pouco mudou nos últimos 300 milhões de anos – não só do ponto de vista morfológico, mas também genético, segundo o estudo.

Os resultados indicam que os genes do celacanto estão evoluindo (mudando) numa taxa bem inferior à dos tetrápodes em geral. “Ele também mudou, mas muito menos do que nós, por exemplo”, disse ao Estado a pesquisadora Jessica Alfoldi, do Instituto Broad (uma parceria entre o MIT e a Universidade Harvard), que é uma das autoras principais do trabalho. “Por isso ele se parece mais com os ancestrais dele do que nós parecemos com os nossos.”

Outra conclusão, baseada numa comparação entre o genoma do celacanto e de várias outras espécies de vertebrados, é que ele não é o parente vivo mais próximo dos tetrápodes, como chegou a ser proposto, mas sim os peixes pulmonados, um pequeno grupo de peixes parecidos com enguias que possuem pulmões e respiram ar na superfície, em vez de extrair oxigênio da água. Um exemplo é a piramboia, que ocorre no Brasil, única espécie do grupo na América do Sul (foto abaixo).

Segundo o trabalho, os peixes pulmonados são (por pouco) mais próximos geneticamente dos tetrápodes, apesar de se parecerem menos com eles anatomicamente do que o celacanto.

O que não é nenhum demérito ao celacanto, que continua sendo o melhor modelo vivo disponível para estudo da origem dos tetrápodes, segundo o pesquisador brasileiro Igor Schneider. “Os pulmonados são mais próximos de nós, mas o celacanto é muito mais informativo no que diz respeito à evolução dos membros”, afirma Schneider, que participou da pesquisa como pós-doutorando no laboratório do renomado paleontólogo Neil Shubin (também co-autor do estudo), na Universidade de Chicago, e agora está de volta a sua terra natal, dando continuidade às pesquisas no Instituto de Ciências Biológicas da Universidade Federal do Pará. “É uma janela que nos permite olhar como eram esses peixes naquela época, quando eles estavam prestes a sair da água.”

Inusitado. Em Chicago, Schneider e Shubin fizeram algo inusitado para saber se o “maquinário genético” responsável por guiar a formação das nadadeiras do celacanto era o mesmo usado para guiar a formação de braços e pernas nos tetrápodes.

Os genes que fazem isso nos peixes e vertebrados terrestres são essencialmente os mesmos. Então, eles pegaram uma sequência de DNA que funciona como um “interruptor” genético – que liga, desliga ou regula o funcionamento de genes específicos – associado ao gene que controla a formação das nadadeiras no celacanto e o colocaram no genoma de um camundongo transgênico. Resultado: o gene funcionou da mesma forma, controlando a formação embrionária dos braços e pernas nos roedores.

“Isso mostra que os aparatos genéticos usados para formar membros nos tetrápodes já estavam presentes nos peixes ancestrais”, explica Schneider. “É evidente que, como nós fazemos braços e eles, nadadeiras, há outras coisas operando no genoma que nos faz diferentes deles. Vamos testar outros elementos regulatórios para saber o que é novo e o que é antigo.”

Na comparação entre genomas, os pesquisadores já identificaram algumas características genéticas importantes aos tetrápodes que não estão presentes no celacanto e que podem ser resultado da adaptação à vida na terra. Por exemplo, características ligadas ao olfato, ao sistema imunológico, à formação de dedos e ao metabolismo de ureia.

Dificuldade. As comparações genéticas entre celacantos e peixes pulmonados foram feitas com base no chamado “transcriptoma”, que utiliza RNA em vez de DNA para identificar as mensagens que estão sendo codificadas pelos genes dentro das células. O ideal seria ter também o genoma inteiro de um peixe pulmonado sequenciado, mas por enquanto isso é tecnologicamente impossível. Por alguma razão desconhecida, os peixes pulmonados possuem genomas gigantescos, da ordem de 100 bilhões de pares de bases, comparado a 3 bilhões do genoma do celacanto e do genoma humano, por exemplo. “Até dá para sequenciar, mas seria caríssimo e não temos uma tecnologia (de bioinformática) avançada o suficiente para montar e anotar um genoma desse tamanho de maneira satisfatória”, aponta Jessica. Em outras palavras: até daria para sequenciar e produzir as peças do quebra-cabeça, mas não seríamos capazes de montá-lo no final.

No caso do celacanto, Jessica conta que o principal desafio, apesar de ser um peixe muito grande (passa de 1,5 metro), foi conseguir amostras de tecido para sequenciamento, tanto do ponto de vista burocrático quanto logístico, por causa da raridade da espécie. Mas foi um “drama” que valeu a pena. “Foi muito interessante trabalhar com um bicho que tem tantas histórias por trás dele.”

 

FOTO: Piramboia, um exemplo de peixe pulmonado.

 

Considerado extinto há 70 milhões de anos, peixe foi descoberto em 1938, na África

Até 75 anos atrás, acreditava-se que os celacantos estavam extintos havia 70 milhões de anos. A linhagem desses peixes já era conhecida há mais de um século por meio de fósseis, mas nada além de fósseis. Até que, em 1938, Marjorie Courtenay-Latimer, a curadora de um pequeno museu de história natural na África do Sul, recebeu um estranho peixe de um pescador local, com nadadeiras musculosas, que lembravam os membros de um tetrápode. Era um celacanto, pescado por acaso em pleno século 20.

A surpresa foi enorme. “Seria como se a gente descobrisse um dinossauro caminhando por uma floresta hoje*”, compara o biólogo Murilo de Carvalho, que estuda desenvolvimento de peixes no Instituto de Biociências da Universidade de São Paulo. Depois daquele primeiro exemplar de 1938, como conta o estudo publicado na revista Nature, passaram-se mais 15 anos até que um outro celacanto fosse descoberto. Até hoje, pouco mais de 300 foram registrados, fazendo do celacanto uma figura quase que lendária no imaginário popular, assim como no meio científico.

(*Observação: A frase neste caso foi colocada aqui de forma ilustrativa, como uma comparação para o pública geral. Mais precisamente falando, as aves modernas são uma linhagem de dinossauros que sobreviveu ao cataclismo do fim do Cretáceo, 65 milhões de anos atrás. Portanto, quando se olha para uma ave, pode-se considerar que se está olhando para um dinossauro. Mas imagine encontrar um tiranossauro ou um velociraptor vagando por aí hoje … seria mais ou menos isso.)

Há duas espécies conhecidas de celacanto: uma da costa leste da África e outra do Indo-pacífico, na Indonésia. Pouco se conhece, porém, sobre os hábitos de qualquer uma delas. Sabe-se que são peixes de águas profundas, vivíparos, que vivem em cavernas e se alimentam de lulas e outros peixes. Mas nada muito além disso.

Por isso, também, é difícil dizer porque ele teria mudado tão pouco em tanto tempo de evolução. Uma das hipóteses é que, por viver em águas profundas, onde as condições ambientais são relativamente estáveis, ele não foi “pressionado” a mudar (evoluir) tanto quanto os animais terrestres ou peixes de águas mais rasas (como os peixes pulmonados, por exemplo, que são seus parentes próximos).

Segundo Carvalho, o celacanto também tem pulmão, mas ele é cheio de gordura e não funciona. “Ele não precisa subir à superfície para respirar, como acredita-se que fazia a maioria das outras espécies de celacanto no passado. Talvez tenha sido isso – o fato de ele viver no fundo – que tenha garantido sua sobrevivência, enquanto que as outras espécies foram extintas.”

Juntos, os celacantos e os pulmonados formam um grupo conhecido como “peixes de nadadeira lobada”, nos quais a musculatura que movimenta as nadadeiras esta “fora” do corpo, e não dentro, como em todos os outros peixes conhecidos. A teoria predominante, baseada em muitas evidências paleontológicas, zoológicas e genéticas, é de que os tetrápodes evoluíram de uma linhagem de peixes lobados que, ao longo de milhões de anos de evolução desenvolveu membros cada vez mais adaptados a caminhar na superfície, permitindo que eles deixassem de viver exclusivamente na água e passassem a ocupar também ambientes terrestres.

Estranhos sobreviventes. O registro fóssil mostra que, 300 milhões de anos atrás, quando os celacantos estavam no seu auge, havia muitas espécies diferentes, segundo Carvalho. Curiosamente, o celacanto atual (que sobreviveu) era uma espécie de estranho no ninho – o que mais destoava do resto do grupo.

Os peixes pulmonados modernos também são representantes de um grupo ancestral muito maior, com uma grande diversidade de espécies, das quais apenas algumas poucas linhagens sobreviveram (na América do Sul, África e Oceania) a seja lá o que for que exterminou todas as outras. Contrariamente ao celacanto, que manteve sua forma quase que inalterada até os dias de hoje, os pulmonados modernos são bem diferentes dos seus antepassados que aparecem no registro fóssil. “As linhagens sobreviventes são formas extremamente modificadas”, afirma Carvalho. Suas nadadeiras lobadas foram reduzidas a estruturas filamentosas, que não possuem mais uma estrutura óssea equivalente a de membros, como no celacanto.

Seja como for, juntando todas as informações genéticas e morfológicas, de fósseis e animais viventes, a história da origem aquática dos tetrápodes é uma das mais bem documentas da evolução da vida na Terra. “Há muitos registros de bichos intermediárias, com características mistas, que mostram uma transformação gradual das nadadeiras em membros, como se fosse um filminho, desde uma forma mais pisciforme até um tetrápode propriamente dito (algo parecido com uma salamandra)”, afirma Carvalho.

O celacanto seria uma dessas formas transitórias, que sobreviveu sem grandes mudanças até os dias de hoje, bem adaptado a um ambiente que também pouco mudou nesse mesmo período; enquanto que alguns de seus parentes de águas mais superficiais começaram a rastejar pelas bordas e foram se transformando ao longo do tempo, até sair de vez da água e conquistar a terra firme.