Genes saltadores resolvem quebra-cabeças de polvo e dragão marinho

Genes saltadores podem explicar a inteligência do polvo
Genes saltadores ajudam a explicar a inteligência do polvo (Morten Brekkevold)

Genes saltadores, aka transposons, podem não ser familiares para a maioria de nós, mas aparecem em dois estudos recentes relacionados com criaturas marinhas valorizadas pelos mergulhadores – polvos e dragões marinhos – e podem explicar alguns dos mistérios que cercam estas criaturas.

Um transposon é uma sequência de DNA que tem a capacidade de se mover dentro de um genoma, o conjunto de instruções de DNA encontradas em uma célula. Os transposons podem se embaralhar ou duplicar, usando mecanismos moleculares de copiar e colar ou mesmo de recortar e colar, e podem causar mudanças genéticas rápidas quando se inserem no meio ou perto de um gene, impedindo que esse gene funcione normalmente. 

Os transposons constituem 45% do genoma do cérebro humano, mas agora foram encontrados pela primeira vez no cérebro de um invertebrado, o polvo – e isso pode explicar o seu comprovado elevado nível de inteligência.

O estudo foi realizado por uma equipe internacional de 20 pesquisadores coordenados por Remo Sanges da Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA) em Trieste e Graziano Fiorito da Stazione Zoologica Anton Dohrn (SZAD) em Nápoles. 

O cérebro “extremamente complexo” e as habilidades cognitivas dos polvos são únicos entre os invertebrados, dizem os cientistas, e eles consideram que os genes saltadores são a chave para essa complexidade semelhante à dos vertebrados depois de encontrá-los nos cérebros tanto do comum polvo (Polvo vulgaris) e polvo californiano (polvo bimaculoides).

Tal como nos humanos, alguns transposões são inactivos porque acumularam mutações ao longo do tempo, enquanto outros, embora intactos, são bloqueados por mecanismos de defesa celular – embora mesmo fragmentos e cópias quebradas de transposões possam fornecer matéria-prima para a evolução, dizem os investigadores. 

Os transposons mais relevantes, conhecidos como Elementos Nucleares Longos Intercalados (LINE), permanecem potencialmente ativos. Anteriormente considerado como nada mais do que vestígios de um passado distante, pesquisas recentes revelaram que a atividade do LINE é regulada de maneira precisa no cérebro, particularmente na área do hipocampo, e pode estar associada a habilidades cognitivas, como aprendizagem e memória. 

O genoma do polvo é rico em transposons. A maioria está inativa, mas usando as mais recentes técnicas de sequenciamento para focar naqueles que ainda são capazes de copiar e colar, os pesquisadores identificaram um elemento da família LINE em partes do cérebro do polvo cruciais para as habilidades cognitivas. 

“Eu literalmente pulei na cadeira quando, ao microscópio, vi um sinal muito forte de atividade desse elemento no lobo vertical, a estrutura do cérebro que no polvo é a sede da aprendizagem e das habilidades cognitivas – assim como o hipocampo em humanos”, disse Giovanna Ponte da SZAD. 

“A descoberta de um elemento da família LINE ativo no cérebro das duas espécies de polvo é muito significativa, pois reforça a ideia de que esses elementos têm uma função específica que vai além de copiar e colar”, disse Sanges. O estudo é publicado em BMC Biologia.

Aparência do Dragão Marinho

Dragão marinho frondoso
Dragão marinho frondoso (Lecates)

No caso dos dragões marinhos, que só são encontrados na natureza na Austrália, os transposons poderiam explicar aquela aparência distinta tão valorizada pelos fotógrafos subaquáticos, segundo cientistas da Universidade de Oregon. 

Ao sequenciar os genomas das variedades de ervas daninhas e folhosas do dragão marinho, os cientistas descobriram que faltava um grupo-chave de genes que em outros vertebrados direcionam o desenvolvimento da face, dentes, apêndices e partes do sistema nervoso. 

“Os dragões marinhos são excêntricos em um grupo de peixes já excêntricos”, observou o assistente de pesquisa Prof Clay Small, referindo-se aos seus parentes próximos no Syngnathidae família, cavalos-marinhos e peixes-cachimbo. 

“Há muito interesse em quão maleáveis ​​à evolução são coisas como a cabeça e o rosto”, disse a pesquisadora sênior Susie Bassham, que co-liderou o estudo com Small. “E os dragões marinhos podem ser bons estudos de caso para esse tipo de questão devido às diferenças extremas em que evoluíram bastante rapidamente.” Juntamente com os cavalos-marinhos e os peixes-cachimbo, eles se ramificaram há cerca de 50 milhões de anos, disse ela, “o que é relativamente recente para os padrões evolutivos”.

Obtendo acesso raro a amostras de tecido através do Birch Aquarium da Scripps Research e do Tennessee Aquarium, os pesquisadores analisaram as sequências genéticas dos dragões-marinhos, dos cavalos-marinhos e dos peixes-cachimbo. Em comparação com peixes ósseos, como o peixe-zebra e o esgana-gata, todos os Syngnathidae faltavam os genes que orientam o desenvolvimento, mas, ao contrário dos seus parentes, os dragões marinhos também continham quantidades de transposons superiores ao normal. 

Dragão marinho com ervas daninhas
Dragão marinho Weedy (John Turnbull)

Um microscópio de raios X especializado foi usado para capturar uma imagem 3D de alta resolução de um dragão marinho com ervas daninhas de 30 cm (Phyllopteryx taeniolatus). Foi escaneado em seções, com as imagens costuradas para formar uma imagem completa que revelou os mínimos detalhes dos ossos do dragão marinho. 

“Ninguém jamais havia imaginado qualquer parte de um dragão marinho dessa forma”, disse Bassham. “Pudemos ver que as estruturas de suporte para as pás folhosas pareciam ser elaborações de espinhos, e então os apêndices carnudos foram adicionados às extremidades.” Ela disse que isso reforçou a ideia de que o que pareciam ser apêndices ornamentais evoluíram a partir de espinhos.

A equipe espera que disponibilizar publicamente as sequências do genoma dos dragões marinhos ajude a compreender como as estranhas criaturas evoluíram, bem como nos esforços para conservá-las. Seu estudo é publicado em Proceedings das Academias Nacionais de Ciências.

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