Desenvolvimento evolutivo: Dentes de galinha

RKA11E Quando crianças dizem que querem ser cientistas é isso que querem fazer, querem explodir coisas no laboratório, querem ser mordidas por um macaco radioativo, transformando elas em um terrível supermacaco humano, querem inventar moscas com olhos no traseiro, ou ainda, fazer galinhas com dentes, mas não fazemos só isso. Você pode até explodir alguma coisa, mas vai ser em uma situação altamente controlada ou vai ser em algum acidente, e isso é mau. No primeiro laboratório que trabalhei, tinha uma mancha de sangue no teto, mas se você é um cientista e está se especializando na área de biologia evolutiva do desenvolvimento, talvez você consiga fazer uma mosca com olhos no traseiro, ou até mesmo uma galinha com dentes, mas não macacos de combate. A biologia evolutiva do desenvolvimento, ou Evo-devo para os íntimos, é uma ciência nova que olha bem de perto os genes para entender como eles transmitem as instruções, para fazer as diferentes partes do corpo. E como o nome sugere, nos dá dicas da natureza e dos mecanismos por trás da evolução. Algo importante nisso é que os animais, todos os animais, são muito mais semelhantes do que achávamos. Sabe, quando te falo que os humanos são 98,6% geneticamente similares chimpanzés, faz sentido, né? Pois os chimpanzés e humanos meio que parecem, não é? Se você entrar em uma lanchonete, tiver um chimpanzé na cadeira usando um chapéu, você pode achar que é humano. Ele vai parecer tão normal, que você nem vai perceber que ele está ali, mas e se fosse um camundongo? Eu acho que você nunca vai confundir um camundongo com um humano. Qual é a semelhança genética entre eu e um camundongo? Que tal 85% similar? Está de sacanagem, né? Não estou de sacanagem não. Humanos e camundongos são 85% geneticamente idênticos. Então, por que camundongos são pequenos furtivos, têm pelo branco e olhos pequenos e redondos? Enquanto eu, ando ereto, e não sou furtivo e ainda tenho lindos olhos misteriosos? Vou dar a resposta longa já, já, mas a resposta curta é: tudo isso ocorre devido aos estranhos, poderosos e fascinante genes, os genes reguladores do desenvolvimento. Quando falamos de genes, pensamos em algo que codifica uma enzima ou uma proteína, que determina como seu calcanhar vai ser. Mas os genes do calcanhar não ligam e desligam ao acaso, eles são controlados por algo, é isso que os genes reguladores do desenvolvimento fazem. Eles ativam os genes que montam as partes do corpo, mas eles não explicam como fazer isso, eles só avisam quando está na hora do gene trabalhar. Como eles são os poderosos chefões, genes reguladores atuam durante o desenvolvimento do embrião. Um exemplo de gene regulador é o Gene Gap, ele atua na fase da blástula, é que a bolinha oca de células, formada no início do desenvolvimento embrionário. Gap indica o local onde a boca e o ânus serão formados. Os genes reguladores mais incríveis são Genes Homeobox ou Genes Hox, que atuam quando o embrião está bem desenvolvido. Os genes Hox literalmente controlam a identidade das partes do corpo, indicando como o corpo é organizado. Dessa forma, aqui você vai pôr uma perna e aqui você vai pôr uma cauda. Como disse antes, os genes Hox não dão as instruções para construir uma perna ou uma cauda, outros genes que são responsáveis por construir partes do corpo. Os genes Hox são os arquitetos-chefes da construção do prédio. Eles até possuem a planta do prédio, mas eles realmente não põem a mão na massa. Isso acontece bem abaixo deles, abaixo dos genes reguladores tem um monte de genes que atuam como mestre de obra. Os gene Hox diz para os subordinados: "Quero o olho". Os subordinados vão lá e ativam outros genes reguladores para dar instruções específicas. E é aqui que temos que pôr colágeno para a camada externa do olho, é aqui que tem que ter o tecido nervoso para a retina, e aí novamente, os genes da 2ª, da 3ª e da 4ª linha vão enviar as instruções. Dá para ver que esses genes reguladores não fazem nenhum trabalho, eles só passam instruções para baixo na cadeia de comando, adicionando informações específicas. É uma hierarquia bem rígida, nenhum gene do seu corpo, a não ser o primeiro, produz algo sem que lhe digam quanto e quando ele tem que produzir. Ok, eu sei que você é um aluno bem esperto e muito curioso, e eu sei que você deve estar pensando agora: "O que ativa o primeiro gene regulador? E como foi que ele falou para o outro ir lá e fazer todo o trabalho?" Bem, como Evo-devo é uma disciplina realmente nova, ainda não entendemos tudo que gostaríamos de saber. Então, isso você só vai descobrir quando virar um biólogo. Cientistas começaram a ver que a maior parte do genoma humano, que era até recentemente considerado lixo, porque não codificava nada, na verdade podem ser genes reguladores. Por exemplo, recentemente nós aprendemos que os humanos têm 230 genes Hox em seu genoma, eles estão em todos os nossos cromossomos, até os ligados ao sexo. O modo que os genes reguladores são herdados, ainda é estudado. Mas até agora, cientistas acreditam que a maior parte dos genes reguladores são herdados, assim como os outros genes. Mas para alguns genes reguladores, no início do desenvolvimento, os produtos de genes que codificam proteínas já foram produzidos, e estão esperando no óvulo antes dele ser fecundado. Esperando para dizer células embrionárias: "Pode começar". Isso é uma outra coisa que a sua mãe fez por você e você nunca agradeceu. Tá, outra coisa bem legal é que mesmo que a maioria seja herdada, cada indivíduo dentro da mesma espécie tem exatamente a mesma sequência de DNA nesses genes. E faz sentido que todos os animais de uma mesma espécie tenha o mesmo manual básico. Você não vai ver por aí uma pessoa andando com um mega dedão no meio da testa. Voltando para mim e meu pequeno amigo de olhos grandes, o camundongo, genes Hox e outros genes chefões, que indicam: a cabeça é aqui e o olho é ali, são iguais na mesma espécie. Eles também são bem similares entre diferentes grupos de animais, por exemplo, entre todos os animais ou entre todos os vertebrados. A diferença dos meus genes reguladores e do camundongo, é bem mais embaixo, na cadeia de comando onde as instruções são bem específicos. Mas a ideia geral é bem semelhante, nós somos vertebrados com quatro membros, com cabeça e tecido mamário. Temos ossos na orelha e tudo mais que os mamíferos têm. Todas as instruções gerais são idênticas. É por isso que 85% dos genes humanos são iguais ao do camundongo. Camundongo. Camundongo Você está sendo muito paciente, meu caro aluno. Então eu tenho uma surpresa para você: que tal colocar olhos no traseiro? Em 1995, em um experimento muito legal e também bem atrapalhado, um grupo de pesquisadores na Suíça pegou um gene Hox de um embrião de camundongo que dá essa instrução: coloque o olho aqui. E inseriu o DNA do embrião de uma mosca em desenvolvimento. Mas, eles ativaram o gene do olho do camundongo na região da perna traseira da respectiva mosca. O que houve? Não vou falar agora, eu quero que você adivinhe. Errado! A mosca não cresceu com o olho de camundongo perto da perna traseira. Ela cresceu com o olho de mosca na pata traseira. Lembra que o gene não falou como era para fazer o olho? Ele só deu as instruções para fazer um olho. Se tivesse dado a receita de olho, então a mosca teria o olho de camundongo no traseiro, mas apenas falou para as células da mosca: "Faz o olho aqui". As células da mosca já têm instruções que são reguladas por outra gama de genes reguladores, e quando tiveram a ordem de fazer um olho, elas fizeram o olho do único jeito que sabem. Cara, isso é uma coisa muito bizarra, mas também é uma coisa muito interessante. Além de permitir que eu libere a criança maluca dentro de mim, esse tipo de experimento é onde a Evo-devo começou realmente a revolucionar todo o nosso entendimento sobre a evolução. Acreditamos que a evolução demore muito tempo para acontecer, mas ainda não conseguimos explicar por que algumas vezes pode acontecer muito rápido. Tradicionalmente, a evolução é explicada por cientistas como mutações genéticas, mas o organismo deveria sofrer inúmeras mutações para evoluir de um dinossauro para uma ave. Acreditava-se que 50% de mudança na forma, necessitaria de 50% de mutação nos genes, o que levaria muito tempo, bem mais tempo do que as coisas realmente evoluem. Mas parece que uma pequena mudança nos genes reguladores no topo da cadeia de comando, pode resultar em grandes efeitos em como o organismo é formado. Para entender isso, vamos ver porque aves não têm dentes. As aves evoluíram dos dinossauros terópodes, que eram dinossauros fofos, iguais aos velociraptors, que parecem muito com aves, mas muito mais legais com dentes grandes e afiados. Mas você já deve ter percebido que aves não têm dentes afiados, elas têm bicos. Do ponto de vista tradicional da evolução, a perda do dente aconteceu bem devagar, com a mutação gradual dos genes que fazem o esmalte e a dentina, resultando na menor produção, até que parassem de produzir. Por muito tempo, era assim que achávamos que os dinossauros evoluíram em aves, mas tem um problema: ia demorar muito mais tempo do que levou para que estas mutações ocorressem, para que dinossauros evoluíssem em aves, tendo como base o registro fóssil. Felizmente a Evo-devo tem uma outra explicação: uma única mutação no gene regulador pode ter desligado a produção de esmalte e dentina, e outra mutação em outro gene regulador pode ter aumentado a produção de queratina. De faça algumas escamas para faça um bico. Então, as aves ainda têm os genes para fazer os dentes dos seus ancestrais dinossauros, só que eles não são expressos porque os reguladores não ligam eles. Mas como nós sabemos disso? Em 2006, um biólogo na Universidade de Wisconsin chamado John Fallon, que estuda efeitos de nascimento, estava olhando alguns embriões de galinhas mutantes, e percebeu que elas tinham formados pequenos dentes iguais aos dentes do bebê réptil. No fim, a mutação afetou o gene regulador da galinha, fazendo dentes aparecerem de novo, algo que aves perderam há mais de 60 milhões de anos. Esse mesmo tipo de retrocesso doido foi observado em cobras que nasceram com pernas iguais aos seus ancestrais já tiveram, ou peixe cegos que de repente nasceram com olhos. Se você religar esse genes novamente, essas características reprimidas e antigas voltam. É bem louco, eu sei. É bem legal também. Eu não, eu só... é, isso é uma ciência muito nova, então isso está na minha cabeça. É muito "fantastinante". Isso é uma palavra que eu inventei.