O enorme genoma dos peixes-pulmonados pode explicar como nós mudamos para a terra

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Peixe-pulmonado-australiano (Neoceratodus forsteri). (Créditos: Aquário Haus des Meeres)

Traduzido por Julio Batista
Original de Tessa Koumondouros para o ScienceAlert

Se você for uma espécie de sorte, irá se deparar em mutações genéticas aleatórias que te ajudarão a sobreviver melhor – permitindo que você e seus descendentes mantenham e desenvolvam as características úteis codificadas. Como acontece com qualquer coisa que envolva sorte, quanto mais chances você tiver, mais chances terá de ganhar o jackpot.

Isso é o que parece ter acontecido com nossos ancestrais longínquos – aqueles que compartilhamos com peixes-pulmonados ainda vivos. Eles obtiveram jackpots genéticos suficientes para permitir-lhes sair da água e acessar todo o novo mundo da terra, cerca de 420 milhões de anos atrás.

Ao fazer isso, eles se tornaram os ancestrais de todos os animais terrestres com espinha dorsal (tetrápodes). Ter um genoma massivo, como o encontrado nos peixes-pulmonados modernos, pode ter ajudado nisso.

Os pesquisadores acabaram de sequenciar todo o genoma do peixe-pulmonado-australiano ameaçado de extinção (Neoceratodus forsteri), que possui o maior genoma animal conhecido. É 14 vezes maior que o nosso.

Isso exigia novas técnicas de sequenciamento de DNA e grande capacidade de computação – que apenas agora é tecnicamente possível – para reunir colossais 43 bilhões de nucleotídeos (“letras” no código genético).

“Quando você olha para isso de uma perspectiva genômica, os peixes-pulmonados estão genomicamente no meio do caminho entre um peixe e um vertebrado terrestre”, disse o biólogo Siegfried Schloissnig do Instituto de Pesquisa de Patologia Molecular (IMP) da Áustria à New Scientist.

Das seis espécies de peixes-pulmonados ainda vivas, quatro são africanas, uma sul-americana e uma australiana. Eles apareceram pela primeira vez no registro fóssil há 400 milhões de anos.

A espécie australiana manteve as características mais ancestrais e foi erroneamente classificada como anfíbio quando descoberta pela primeira vez, devido à sua aparência que é uma mistura bizarra de peixes e tritões, incluindo suas estranhas nadadeiras lobadas semelhantes a pernas. Esses estranhos “fósseis vivos” intermediários podem viver até 100 anos.

Os peixes-pulmonados-australianos ainda parecem muito semelhantes aos fósseis de suas espécies ancestrais de 300 milhões de anos (e agora extintas) que se rastejaram para fora da água, eventualmente dando origem aos mamíferos, pássaros, répteis e anfíbios.

Seu genoma confirma que esse nadador que consegue extrair oxigênio diretamente do ar atmosférico é nosso parente vivo mais próximo, ainda mais próximo do que seus semelhantes, os celacantos – outro grupo de peixes de nadadeiras lobadas.

Portanto, dentro da enorme quantidade de genes do peixe-pulmonado-australiano, há pistas de como os animais fizeram a transição do ambiente aquático para o terrestre.

“Isso… exigiu uma série de inovações evolutivas, incluindo respiração, membros, postura, prevenção de dessecação, excreção de nitrogênio, reprodução e olfato”, escrevem os pesquisadores em seu paper.

Eles identificaram os mesmos genes responsáveis ​​por nosso desenvolvimento embrionário de pulmão já presentes no peixe-pulmonado, assim como nossos familiares ossos da ulna e rádio do braço, e os genes que os codificam. Genes de padronização de membros de tetrápodes como hox-c13 e sal1 nunca haviam sido vistos antes em peixes.

“Essas novidades podem ter predisposto os peixes com nadadeiras lobadas a conquistar terras, demonstrando como o genoma do peixe-pulmonado pode contribuir para uma melhor compreensão desta grande transição durante a evolução dos vertebrados”, escreveu a equipe.

Os pesquisadores também encontraram grandes atualizações aos genes do peixe-pulmonado associados ao cheiro – o que teria sido um novo conjunto de sensores adequados ao novo ambiente de seus ancestrais. Esses genes codificam para receptores de odores transportados pelo ar, enquanto grupos de receptores para odores transportados pela água diminuíram.

Muitos dos genes em excesso que formam seu genoma robusto surgiram por meio de seções copiadas de seu DNA. Alguns dos cromossomos individuais do peixe-pulmonado contêm tantos nucleotídeos quanto todo o nosso genoma humano.

Essa forma de expansão do genoma, por meio de cópias, é conhecida por ser uma importante força motriz da evolução, com evidências de que ajuda a fornecer aos organismos a capacidade de se adaptarem rapidamente a um ambiente em mudança.

O peixe-pulmonado-australiano é um incrível registro vivo de nossa evolução e, depois de preservar essa história genética por tanto tempo, agora está sob a ameaça de atividades humanas que alteram os habitats de água doce que os peixes chamam de lar.

O animal se alimenta de sapos, vermes e caracóis, além de mastigar plantas na água. Geralmente depende de guelras para respirar, mas seu único pulmão permite que o peixe-pulmonado venha à superfície em busca de ar fresco quando as condições de seca reduzem seu ambiente aquoso, tornando-o turvo e estagnado.

“Não há dúvida de que o genoma recém-sequenciado revelará mais dos segredos deste bizarro vertebrado no futuro”, disse a geneticista celular do IMP, Elly Tanaka.

“Não só pode nos ensinar coisas sobre as adaptações à vida na terra, mas também pode explicar como certos genomas evoluem para ser tão grandes.”

Esta pesquisa foi publicada na Nature.