A Evolução da Placenta

Cientistas usam a evolução da placenta como um modelo para entender como órgãos complexos se originam.

Considerando como os vertebrados diferem uns dos outros, é surpreendente que todos possuam internamente o mesmo conjunto de órgãos. Galinhas, peixes, seres humanos – todos têm corações, fígados, cérebros, rins e assim por diante. Cada um destes órgãos executa um conjunto especializado de funções.

Como esses órgãos evoluíram é um problema complicado de investigar, pois suas origens são muito antigas. Todos os órgãos dos vertebrados estavam presentes antes do surgimento dos primeiros vertebrados na Terra, há mais de 500 milhões de anos. E os pesquisadores sabem que alguns desses órgãos apareceram pela primeira vez ainda mais cedo. Por exemplo, o sistema nervoso pode preceder o ancestral comum mais recente de todos os animais, pois foi identificado em ctenóforos, organismos marinhos similares a águas-vivas, que pertencem a uma linhagem que se separou de todos os outros animais há mais de 600 milhões de anos.

Para poder abordar este difícil problema e entender como novos órgãos surgem, meu colega Günter Wagner e eu decidimos investigar um órgão que evoluiu mais recentemente e,  além disso, evoluiu várias vezes de forma independente – a placenta. Entre os animais modernos, existem espécies sem placenta, espécies com placentas complexas e uma miríade de espécies entre estes extremos. Ao investigar a evolução da placenta, nós identificamos vários processos que parecem fundamentais para a evolução de novos órgãos.

Qual o papel da Placenta?

Nos animais atuais, a placenta é o órgão no corpo da mãe grávida que fornece as matérias-primas necessárias para que o embrião cresça e se desenvolva antes do nascimento. Formada tanto por tecidos parentais, quanto por tecidos embrionários, a placenta suporta a troca de nutrientes e gases entre o progenitor e o embrião em desenvolvimento.

Os primeiros vertebrados, incluindo os primeiros mamíferos, colocavam ovos e não tinham placentas. Mas, em diversas linhagens, evoluiu nas fêmeas a capacidade de manter seus ovos dentro do útero até que o desenvolvimento embrionário esteja completo. Para que um embrião seja mantido dentro da mãe durante a gravidez, ela precisa de algum meio de fornecer oxigênio e nutrientes ao embrião, e de remover dióxido de carbono e outros resíduos. A placenta constitui exatamente este meio. Estruturas placentárias evoluíram na maioria dos organismos que dão a luz a filhotes vivos, totalizando mais de 100 origens independentes em todo o reino animal.

Mas novos órgãos não surgem do nada. Quais são as etapas que poderiam resultar no desenvolvimento de uma placenta? Muitas estruturas biológicas complexas evoluem através de mudanças simples que se acumulam ao longo do tempo. O processo depende do fato de que os animais podem adquirir novas partes do corpo e as partes do corpo podem adquirir funções diferentes ao longo de várias gerações através de sucessivas mudanças no DNA da espécie.

Novos usos para velhos tecidos

Placentas evoluíram nos animais de várias maneiras diferentes, mas sempre reutilizando tecidos pré-existentes.

Lagartos e cobras fornecem um exemplo. A maioria deles põe ovos (são ovíparos), mas o nascimento vivo (viviparidade) evoluiu neste grupo mais de 100 vezes. Em todos estes casos, a mãe mantém os ovos no útero até a prole estar totalmente desenvolvida. Nesses répteis, a placenta se forma a partir do útero e das membranas embrionárias que ancestralmente cobriam a superfície interna da casca do ovo. É assim também que funciona em mamíferos.

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Figura 1: Placentas evoluíram muitas vezes independentemente em vários animais. Elas se formam após a interação dos tecidos parentais (vermelho) e embrionário (azul). Oliver Griffith, CC BY-SA.

A viviparidade evoluiu diferentemente em anfíbios e peixes. Em barrigudinhos (Pœcilia reticulata), um pequeno peixe comumente encontrado em rios e riachos no Brasil, os ovos são fertilizados e se desenvolvem dentro do ovário, antes mesmo de serem ovulados, e uma placenta é formada a partir de tecidos do ovário. Nos cavalos-marinhos, os ovos são depositados em uma bolsa no abdómen dos machos e a placenta se desenvolve do tecido da pele do ventre do pai. Na rã marsupial, uma bolsa se desenvolve nas costas da fêmea e uma placenta se forma a partir de dobras da pele.

Em cada um destes casos, as placentas se formam quando os tecidos embrionários entram em contato com o tecido parental durante o desenvolvimento.

Quando um tecido assume uma nova função

Portanto, no caso da placenta, a evolução de um novo órgão envolveu o reaproveitamento dos tecidos pré-existentes. Estes tecidos tinham funções no antepassado do animal placentário, algumas das quais foram recrutadas para suportar as novas funções do órgão.

Um exemplo disso é a produção de hormônios em membranas embrionárias. Nos vertebrados terrestres ovíparos, os ovos são revestidos por uma série de membranas. Estas membranas embrionárias produzem uma diversidade de hormônios que são importantes para o crescimento e desenvolvimento do embrião. Após a evolução da viviparidade, os hormônios foram capazes de interagir com os tecidos maternos, resultando na evolução da comunicação materno-fetal.

Pesquisas anteriores mostraram que o desenvolvimento de órgãos em animais é iniciado, geralmente, pela sinalização entre distintos tecidos. Esse tipo de sinalização é importante não só para o desenvolvimento de um órgão, mas também para a sua origem.

Se uma mutação resulta em tecidos que se desenvolvem lado a lado de uma nova maneira, as dinâmicas de sinalização alteradas podem afetar o desenvolvimento de ambos os tecidos, devido às mudanças das relações entre eles. Esta nova sinalização pode então ser um iniciador para a evolução de um novo órgão.

Acreditamos que a placenta é apenas um exemplo deste fenômeno em ação. Este caminho pode ser um mecanismo geral para explicar como novos órgãos surgem em animais.

Oliver Griffith (Yale University)

PARA SABER MAIS:

Arendt D, Musser JM, Baker CVH, Bergman A, Cepko C, Erwin DH, et al. The origin and evolution of cell types. Nat Rev Genet. 2016;17(12):744-57.

Griffith OW, Wagner GP. The placenta as a model for understanding the origin and evolution of vertebrate organs. Nature Ecology & Evolution. 2017;1:0072.

Originalmente publicado em The Conversation

Imagem de abertura: Mulher grávida TC-TORRES / Pixabay

3 comentários em “A Evolução da Placenta”

  1. Oliver, excelente texto. Poderia se dizer então que a evolução da placenta, como um novo órgão (com função e estrutura características), corresponde a um caso de exaptação?

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    1. Caro Camilo,
      Olivier é australiano e não entende português. Eu traduzi o texto e como somos colegas, permita-me responder tua pergunta (uma curiosidade: trabalhamos no que antes era o laboratório de Vrba, quem junto com Gould, propôs o termo exaptação. Ela se aposentou em 2012 e hoje é professora emérita do departamento).
      Exaptação pressupõe que um órgão que foi selecionado para uma função é eventualmente selecionado para uma função diferente. As penas das aves, por exemplo, muito anteriores que a evolução do vôo.
      Eu acho que melhor que exaptação, a evolução da placenta é melhor definida como bricolage (tinkering),como proposto por François Jacob. Diferentes partes são redirecionadas para novas funções, como quem faz um cortador de grama juntando peças de um aspirador de pó e uma velha motocicleta. Ao contrário da definição de exaptação, aqui temos mais que uma mudança de função. Temos uma nova função a partir de uma combinação de partes que tinham diferentes funções.
      Abraços,
      Chico Botelho

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      1. Obrigado pela rápida resposta, Chico
        Embora o termo bricolage não seja novo para mim, é um que vemos pouco durante a graduação em Ciências Biológicas. Certamente não tem a fama daquele proposto por Gould e Vrba. Então a evolução da flor nas Angiospermas, a partir de outras estruturas com funções diferentes (como folha, xilema, etc.) poderia ser considerada também como um processo de bricolage?
        Abraço.

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