As Mães da Genética

Seja no ensino médio ou em um curso superior, uma de nossas primeiras aulas de Genética começa com a história de Gregor Mendel, o pai da Genética. Todos sabemos da história do monge e seu jardim de ervilhas com sementes verdes ou amarelas, lisas ou rugosas. Sabemos que suas descobertas sobre a herança foram publicadas em 1866 no trabalho “Experimentos em hibridização de plantas”, mas que ele só foi reconhecido anos depois com a redescoberta de seus trabalhos por Hugo De Vries, Carl Correns e Erich von Tschermak. Foi por meio de uma citação em uma nota de rodapé no trabalho de Hugo De Vries que William Bateson tomou conhecimento dos experimentos de Mendel. Bateson ficara tão impressionado com o brilhante trabalho de Mendel, que a passou a atuar como seu apóstolo, traduzindo seus trabalhos do alemão para o inglês e levando a palavra de Mendel a todos os eventos científicos. Bateson criou a disciplina Genética em 1905, inventou seu nome e estabeleceu a terminologia a ser usada pelos geneticistas (fenótipo, genótipo, homozigoto, heterozigoto, alelomorfo, P, F1, F2, F3). O próximo passo foi criar uma conexão emocional das pessoas com a nova disciplina e aí entrou Gregor Mendel. Mendel era o herói que a Genética precisava, o gênio que não foi reconhecido no seu tempo, o Pai da Genética. Para mostrar que o pai da Genética estava, de fato, certo sobre a herança das características, Bateson precisava de mais exemplos, vindos de características de variados organismos que fossem capazes de mostrar a universalidade das Leis de Mendel. A partir de então a Genética deixa de ser uma disciplina órfã de mãe.      

Dirigindo a “escola” de Genética que ele mesmo criou em Cambridge, Bateson recrutou especialistas em Botânica, Zoologia e Fisiologia associadas ao Newnham College, Cambridge, para obter assistência crítica no avanço de seu programa de pesquisa sobre as recém-enunciadas Leis de Mendel. Dos 13 pesquisadores intimamente envolvidos na pesquisa de hereditariedade em Cambridge, sete eram mulheres associadas com o Newnham College. Havia poucas oportunidades para que as mulheres de Cambridge participassem de pesquisas de pós-graduação. A disposição de Bateson de aceitá-las em seu programa de pesquisa, portanto, proporcionou uma oportunidade notável para as mulheres em biologia. Entre 1902 e 1910, as mulheres de Cambridge realizaram uma série de cruzamentos em várias espécies de plantas e animais, cujos resultados foram cruciais para apoiar e estender as leis de hereditariedade de Mendel. Elas eram orientadas por Bateson em seus cruzamentos e publicaram artigos como co-autoras. Mas foi Edith Rebecca (Becky) Saunders sua primeira colaboradora independente. 

Edith Rebecca Saunders (1865-1945)

Rebecca Saunders teve uma bolsa de estudos para estudar Ciências Naturais, obtendo o equivalente a um diploma em Fisiologia em 1888. Na época era raro que se permitisse às mulheres a realização de seus exames de conclusão. Mesmo quando conseguiam, elas ainda não recebiam um diploma, mas um condescendente “Certificado de Conclusão”. Após a conclusão de seus estudos, ela passou a trabalhar em pesquisa no Laboratório de Biologia Balfour para Mulheres. Em 1899, Saunders tornou-se diretora do Balfour, cargo que ocupou até o laboratório fechar em 1914. Era extremamente raro para uma mulher ter sua posição acadêmica independente e suas próprias verbas para pesquisa.

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Figura 1. Edith Rebecca (Becky) Saunders em seu canteiro no jardim. Becky Saunders contribuiu para a descoberta de novos padrões de herança. Reproduzido de Richmond (2006).

Com um extenso conhecimento de botânica e uma sólida experiência em pesquisa, Saunders provou ser uma excelente colega de Bateson. O primeiro projeto de pesquisa conjunta de Saunders e Bateson foi feito em 1895, quando ela plantou linhagens de Biscutella laevigata com folhas glabras ou pubescentes (lisas ou “com pelos”), e depois as cruzou no ano seguinte. Em vez de ver plantas com um nível intermediário de pilosidade, Saunders só viu plantas peludas ou lisas – um exemplo perfeito de variação descontínua, Mendeliana. Obteve resultados que desviavam das proporções Mendelianas nos cruzamentos de outras plantas e animais, como a proporção das cores das flores e a proporção das quatro formas de crista de galinhas. Saunders descreveu a combinação de dois fatores independentes para a expressão de uma característica, explicando assim novas proporções de fenótipos na progênie como o 9:3:3:1 e 9:7. 

O evolucionista JBS Haldane sentiu-se particularmente desconfortável com a omissão da contribuição de Saunders para a Genética, que ele considerou de extrema importância, na história e nos livros. Em um obituário publicado em 29 de setembro, Haldane acrescentou seu próprio tributo a ela no qual afirmou: “É claro que ela e Bateson descobriram independentemente algumas das leis de Mendel antes que seu trabalho lhes fosse conhecido. Na verdade, ela deve ser considerada a “mãe” da genética vegetal britânica”.

Juntamente com seu trabalho de pesquisa feito com Bateson, Saunders estava ocupada ensinando o crescente número de mulheres estudantes de ciências que vinham para Cambridge. Outro nome importante que se juntou a eles foi Muriel Wheldale.

Muriel Wheldale Onslow (1880 –1932)

Muriel Wheldale ingressou no Newnham College no outono de 1900. Ela cursou Ciências Naturais e se especializou em Botânica. Assim como Saunders, Wheldale não pôde receber o seu diploma.  Cambridge passou a conceder o diplomas para mulheres apenas a partir 1948. Wheldale assitiu o curso de Bateson sobre variação e hereditariedade e se interessou pelos fenômenos Mendelianos. Após a  conclusão de seus estudos, ela recebeu a Bolsa de Pesquisa Bathurst de Newnham, criada para permitir que estudantes de ciências promissores realizassem pesquisas de Pós-graduação. Ela iniciou seu trabalho sobre a de hereditariedade de cores de flores na erva-bezerra, Antirrhinum sp. sob a supervisão de Saunders e Bateson. Este trabalho não apenas resultou em uma série de publicações sobre a genética da coloração das plantas, mas também levou Wheldale a se aprofundar em um estudo bioquímico de pigmentos e, eventualmente, uma carreira acadêmica em Cambridge.

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Figura 2. Muriel Wheldale Onslow. Wheldale contribuiu nas décadas de 1920 e 1930 para hipótese de que genes estavam relacionados a enzimas e outros fatores que conferiam capacidades biossintéticas ou bioquímicas específicas. Reproduzido de Freedman (2012).

Em 1907, Wheldale publicou sua análise da base genética da manifestação das cores: quatro fatores Mendelianos eram combinados para dar origem às diferentes cores das flores. Esse estudo notável foi o primeiro de uma de série de pesquisas sobre a ligação entre a herança de fatores genéticos e a produção dos pigmentos, as antocianinas. Sobre este trabalho, Bateson comentou: “O problema da herança de cores em Antirrhinum, que ela [Wheldale] decidiu resolver, provou ser muito mais complexo do que o esperado, e a solução que ela propôs é inteiramente seu próprio trabalho. Há todas as razões para acreditar que isso está correto e considero o artigo de considerável valor.”

Seu trabalho estabeleceu as bases para que Beadle e Tatum realizassem experimentos em Drosophila melanogaster e Neurospora crassa, quer viriam a ser definitivos para estabelecer a hipótese “um gene-uma enzima”. A descoberta do papel funcional dos genes e do padrão de codificação dessa informação por Joshua Lederberg, desencadearam uma busca incessante pelos genes instrumentais, ou “genes para” determinadas características. De fato, a hipótese simples –um gene, uma enzima (ou polipeptídeo)– permitiu a formulação de testes de hipótese sobre a função gênica e o código genético trazia uma previsibilidade sobre a consequência funcional de mudanças na sequência nucleotídica. Por seu trabalho, Beadle e Tatum compartilharam com Lederberg, o Prêmio Nobel de 1958 em Fisiologia ou Medicina. Beadle a cita no seu discurso de aceitação

Marcella O’Grady Boveri (1863-1950)

Mesmo com os inúmeros exemplos dos cruzamentos feitos por Bateson, seus colaboradores e suas colaboradoras, ainda havia uma grande resistência à Genética Mendeliana. Grande parte da resistência vinha do grupo de biometristas que tinha Karl Pearson e Walter Frank Raphael Weldon como seus principais interlocutores contra as leis Mendelianas. Os biometristas tinham vários argumentos contra o modelo de herança defendido por Bateson, particularmente a dificuldade de conciliar a visão mendeliana com a Seleção Natural de caracteres de distribuição contínua de Darwin. Outra crítica era a natureza não conhecida dos tais fatores Mendelianos (o que eram? onde estavam?). A essa crítica, Walter Sutton, estudante de Doutorado na Universidade de Columbia, propôs a uma hipótese. Ele estudava cromossomos de gafanhotos e, provavelmente após assistir a uma das palestras de Bateson, associou o comportamento dos fatores Mendelianos e o comportamento dos cromossomos. Tanta similaridade o levou a concluir que os fatores estavam nos cromossomos (ou alguma outra estrutura com os mesmos comportamentos).

Ao mesmo tempo, outro grupo na Universidade de Würzburg na Alemanha estudava a função dos cromossomos. Theodor Boveri chegava à conclusão de que o número de pares de cromossomos era uma característica da espécie. Em seu trabalho com ouriços-do-mar, usou alguns truques para criar embriões com número de cromossomos não característico da espécie. Esses embriões eram inviáveis, mostrando que cada cromossomo possuía “qualidades differentes”. As duas abordagens de Sutton e de Boveri se complementavam para a formulação da teoria cromossômica de herança de Sutton-Boveri. Aqui cabe uma correção histórica: Boveri não deveria estar no singular, pois foi o resultado do trabalho conjunto de Theodor e Marcella Boveri. 

Marcella Imelda O’Grady foi a primeira mulher graduada em Biologia no MIT (1885). Lá, O’Grady teve como mentores dois recém-doutores da Universidade Johns Hopkins, William T Sedgwick e Edmund Beecher Wilson. Ela ensinou ciências na Bryn Mawr School para meninas em Baltimore de 1885 a 1887 e foi agraciada com a “Fellowship in Biology” entre 1887-1889 para conduzir estudos avançados no Bryn Mawr College, um feito raro para uma mulher na época. O’Grady foi promovida em 1893 ao cargo de professora titular.

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Figura 3. Marcella O’Grady Boveri. As circunstâncias nas quais Marcella Boveri realizou sua pesquisa na Alemanha, a levaram a um papel de colaboração e não independência. Ela nunca teve reconhecimento formal pela contribuição no linha de pesquisa já estabelecida pelo marido, Theodor Boveri. Ela acreditava que oportunidade de participar já era em si um privilégio. Reproduzido de  Wright (1997).

Em 1896, O’Grady planejou um ano sabático na Universidade de Würzburg. O trabalho de Theodor Boveri com cromossomos a havia atraído. Ela foi admitida para estudar ciências na Universidade de Würzburg, e mais uma vez foi a primeira mulher aceita no programa de ciências da universidade. No início, Boveri se opunha à idéia de mulheres receberem educação superior e também à ideia de uma mulher trabalhando com ele em sua pesquisa. Não somente a opinião de Theodor Boveri mudou, mas também os planos de Marcella O’Grady: o que deveria ser um sabático tornou-se definitivo com casamento dos dois em outubro de 1897. Ela permaneceu na Alemanha mesmo após a morte de Theodor Boveri em 1915 e retornou aos Estados Unidos em 1927 para assumir a direção do Departamento de Ciências em Albertus Magnus College. 

Embora Marcella Boveri tenha trabalhado tanto quanto o marido em todos os experimentos e tenha sido, de todas as formas, uma contribuinte igual e merecedora de suas descobertas, ela nunca foi oficialmente creditada por nenhum de seus trabalhos, incluindo sua contribuição mais famosa e importante, a teoria da cromossômica da herança de Sutton-Boveri. 

Está agora em nossas mãos reconhecer a contribuição dessas incríveis mulheres para o nosso entendimento da Genética. Falemos sobre elas em nossos cursos básicos de Genética. Lembremos delas dentre as várias cientistas mulheres que têm suas contribuições esquecidas. Que sejam reconhecidas como as mães da Genética, ao lado dos já reconhecidos pais da disciplina, Mendel e Bateson.

Tatiana Teixeira Torres (USP)

 

Para saber mais:

  • Robin Marantz Henig (2001) O Monge no Jardim: o Gênio Esquecido e Redescoberto de Gregor Mendel, o pai da Genética. Ed. Rocco. 256 pp.

Biografia de Gregor Mendel, conta toda sua vida com ênfase em sua descoberta dos padrões de herança de características. Conta também os acontecimentos que levaram a redescoberta de seus trabalhos após 1900 e como a disciplina Genética é criada a partir de suas descobertas.

Este ensaio mostra como a situação da mulher na ciência no início do século XX, em particular, no estabelecimento da nova disciplina da genética. Além do desenvolvimentos científico, o ensaio mostra também fatores institucionais, sociais e políticos importantes na época.

Dois esclarecimentos sobre o “Design Inteligente”

O filósofo da biologia Gustavo Caponi, professor da UFSC, faz duas aclarações porque Design Inteligente não é ciência.

Na ciência duvida-se a partir do conhecimento e não a partir da ignorância. Duvida-se a partir daquilo que sabemos, e não a partir daquilo que ainda ignoramos. Nada no conhecimento biológico contemporâneo justifica dúvidas sobre o fato de todas as formas vivas descenderem de um ancestral comum do qual elas evoluíram, nem há razão razoável para supor que, algum dia, essas dúvidas possam vir a surgir. É por isso que tais dúvidas só podem ser colocadas a partir do exterior da ciência; e é por essa mesma razão que elas estão excluídas de qualquer discussão científica. Tal é o caso das objecções à teoria da evolução que hoje são levantadas pelos neo-criacionistas que promovem isso que eles chamam ‘design inteligente’: uma pretensa explicação da adaptação biológica que se quer apresentar como alternativa à Teoria da Seleção Natural. Ela está enunciada a partir do exterior da ciência por duas razões que eu vou apontar aqui.

A primeira delas tem a ver com o fato de, na ciência, seja qual for a explicação dada a um fenômeno, essa explicação deve aludir a variáveis acessíveis ao próprio conhecimento científico, independentemente do próprio fenômeno que se almeja explicar. O que, claramente, não é o caso do ‘desenhista inteligente’ que alguns pretendem invocar para explicar as adaptações de estrutura e função que ocorrem nos seres vivos. Esse projetista misterioso, que sempre foi mais conhecido como ‘Deus’, é uma entidade cujos estados e comportamentos escapam a qualquer conhecimento empírico e a qualquer intervenção ou manipulação experimental. Explicar uma adaptação complexa apelando para esse projetista não é diferente de explicar uma tempestade marinha apelando para a ira de Netuno. Nesse caso, se nos perguntarem como sabemos que Netuno está zangado, a única resposta que poderemos dar é que a tempestade está lá para confirmar essa cólera. Já no caso do desenhista inteligente, se perguntarmos a um de seus adoradores como ele sabe que esse projetista é responsável por uma determinada estrutura, a única resposta que teremos é que a complexidade da estrutura está lá para confirmar a resposta. Essa complexidade, nos dirão, é tão grande que só pode ser explicada por uma intervenção sobrenatural; e é ao invocar essa intervenção que a resposta do design inteligente fica irremediavelmente desterrada do âmbito daquilo que pode ser considerado um exame científico.

Mas, além disso, que já é razão suficiente para descartar a cientificidade da soi-disant ‘teoria do design inteligente’, também deve ser apontado que, ao contrário daquilo que seus proponentes afirmam, essa pretensa teoria não resolve nenhuma dificuldade que ainda não tenha sido resolvida em termos evolucionistas. A tão apregoada ‘complexidade irredutível’ não tem nada de irredutível, e o próprio Darwin já havia explicado isso. Ele o fez em 1859, na primeira edição de Sobre a Origem das Espécies; e, por via das dúvidas, o esclareceu ainda mais em 1866, na quarta edição dessa mesma obra.

Todavia, como o evolucionista católico Saint George Jackson Mivart se fez de distraído, e voltou a essa suposta dificuldade em sua obra de 1871, A Gênese das Espécies, o célebre darwinista alemão Felix Anton Dörhn viu-se obrigado a fazer um esclarecimento final, e definitivo, sobre o assunto. Ele o apresentou em seu opúsculo de 1875: A Origem dos Vertebrados e o Princípio da Sucessão de Funções. Este último princípio era, justamente, um pressuposto que Darwin não tinha conseguido enunciar com total clareza quando ele discutiu os órgãos extremamente complexos.

A ideia, no entanto, é relativamente simples; e para entendê-la temos que começar no mesmo ponto do qual parte o frágil argumento da ‘complexidade irredutível’: qualquer estrutura para ser submetida ao aprimoramento da seleção natural deve ter algum desempenho funcional biologicamente significativo. Portanto, para explicar a origem das estruturas cujo desempenho funcional atual supõe uma complexidade estrutural cuja origem evolutiva não pode ser atribuída ao mero acaso, temos que apelar para o Princípio de Sucessão de Funções. Este leva a pensarmos que essa complexidade morfológica foi o resultado de pressões seletivas que tiveram a ver com uma outra função realizada por essa mesma estrutura, numa etapa anterior da sua evolução. Esse pode ser um desempenho funcional que não exigia necessariamente tanta complexidade morfológica, mas cuja otimização poderia resultar naquele aumento de complexidade que permitiu o aparecimento da nova função. Para dizer de outra forma, uma função complexa é produto de uma série de modificações estruturais resultantes da otimização de funções anterior menos complexas.

Os evolucionistas sabem disso desde 1859, e não precisaram de Nietzsche para lhes contar: a história do olho não é a história da visão. Não é assim porque, nas suas formas mais primitivas, aquilo que chamamos ‘olho’ não desempenhava a função de ver, mas de detectar movimentos ao redor, sensíveis como mudanças na intensidade de luz captada. Pela mesma razão, a história das penas e a história das asas das aves não são a história do vôo: inicialmente as penas evoluíram em virtude do equilíbrio térmico; e, nas suas origens, aquelas estruturas que agora chamamos de ‘asas’ evoluíram em virtude de algo muito distinto do vôo. E algo semelhante, embora muito mais simples, foi o acontecido, conforme Kenneth Miller o apontou, com a evolução dos flagelos bacterianos: essas estruturas que alguns acólitos do ‘design inteligente’ apresentam em filminhos adubados com musiquinha e invocações ao sobrenatural. Em sua forma “completa”, são estruturas de propulsão. Tomadas apenas suas subunidades, são estruturas de bombeamento de moléculas.

É claro, entretanto, que estudar esses tortuosos processos de otimização e mudança funcional acaba sendo muito complexo e árduo, algo que requer muito trabalho.  Por isso, para os espíritos preguiçosos, é mais fácil esquecer de Dörhn, curvando-se piedosamente perante uma suposta complexidade irredutível: como Mivart fez em 1871; como Lucien Cuénot fez novamente em sua obra Invenção e Finalidade em Biologia de 1941; e como mais recentemente Michael Behe e seus seguidores também o fizeram. Nada de novo no front.

Desterro de Fritz Müller

12 de Fevereiro de 2020

Darwin’s Day 2020

Gustavo Caponi (Departamento de Filosofia, UFSC)

PARA SABER MAIS:

CAPONI, Gustavo 2013: El 18 Brumario de Michael Behe: la teoría del diseño inteligente en perspectiva histórico-epistemológica. Filosofía e História da Biologia 8 (2): 253-278.

MILLER, Kenneth 2010: The flagellum unspun: the collapse of ‘irreducible complexity’. In ROSENBERG, Alex & ARP, Robert (eds.): Philosophy of Biology. Malden: Wiley-Blackwell, pp.438-449.

Caminhando com nadadeiras

Um exame detalhado da morfologia de peixes fósseis indica que os ancestrais dos vertebrados terrestres caminhavam com suas nadadeiras ainda dentro d’água.

Quatrocentos milhões de anos atrás, durante o período Devoniano, o mar fervilhava com vida –  peixes e invertebrados faziam dos oceanos um mundo familiar. Sobre os continentes, havia um mundo muito diferente do atual – artrópodes, samambaias e musgos haviam colonizado a terra, mas as árvores e os animais que hoje dominam os ambientes terrestres estavam ausentes. Foi então que os primeiros vertebrados começaram sua caminhada para a terra. Uma caminhada de peixe, claudicante, mas que daria origem a anfíbios, répteis, aves e mamíferos que transformariam a ecologia dos continentes.

Conhecemos muitas espécies de peixes fósseis evolutivamente próximas aos primeiros vertebrados terrestres. Suas nadadeiras peitorais tinham duas partes. A parte mais próxima do corpo era formada por músculos e ossos grandes, homólogos aos ossos dos braços dos vertebrados terrestres (úmero, rádio e ulna). A parte na ponta da nadadeira era formada por delicados raios ósseos unidos por membranas (Figura 1). Uma morfologia similar, com dois tipos de esqueleto, está presente em diversos peixes atuais, como celacantos, esturjões e peixes-pulmonados.

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Figura 1: À direita, a morfologia da nadadeira de um peixe com raios ósseos na extremidade do esqueleto; à esquerda, a morfologia do braço de um vertebrado terrestre basal, com dedos e sem raios ósseos.

Os vertebrados terrestres não têm raios ósseos. Na extremidade dos braços possuem dedos formados por metacarpos e falanges cujo desenvolvimento embrionário e anatomia é similar à dos demais ossos. Os primeiros vertebrados que tocaram a terra seca dos continentes o fizeram com os dedos. Por isso, a maioria dos estudos sobre a evolução dos membros está focada nesta parte do esqueleto. No entanto, Tom Stewart e seus colegas, na Universidade de Chicago, decidiram examinar o que os raios ósseos poderiam contar sobre a transição da água à terra. Eles estudaram fósseis que preservaram os raios ósseos usando um tomógrafo computadorizado de raios-x e encontraram três características interessantes naqueles peixes evolutivamente mais próximos aos vertebrados terrestres:

  1. Os raios ósseos se tornaram relativamente mais curtos;
  2. Os raios ósseos ficaram mais simples, com menos ramificações e mais fusões entre os raios;
  3. Os raios se tornaram mais robustos no lado ventral da nadadeira (palma).

Essas três características levaram os autores a propor que os ancestrais dos vertebrados terrestres eram peixes que usavam os raios ósseos para se apoiarem no chão, ainda dentro d’água. Ao contrário do que se acreditava anteriormente, o hábito de caminhar seria anterior à evolução dos dedos.

Os autores disponibilizaram modelos 3D das nadadeiras para descarga gratuita aqui. Abaixo, alguns dos vídeos produzidos a partir das tomografias de raios-x.

 

João F. Botelho

(Pontificia Universidad Católica de Chile)

 

Para saber mais:

Carroll, Robert Lynn. “The rise of amphibians: 365 million years of evolution.” (2009).

Schneider I, Shubin NH. The origin of the tetrapod limb: from expeditions to enhancers. Trends Genet. 2013;29(7):419-26.

Stewart TA, Lemberg JB, Taft NK, Yoo I, Daeschler EB, Shubin NH. Fin ray patterns at the fin-to-limb transition. Proc Natl Acad Sci U S A. 2019:201915983.

Somos uma espécie domesticada?

Um estudo genético recente sugere que os humanos foram auto-domesticados nos últimos 600 mil anos, após sua separação de neandertais e denisovanos.

Há mais de dois séculos, o zoólogo e anatomista alemão Johann Friedrich Blumenbach mencionou em seu livro “On the Natural Variety of Mankind” (1795) que o ser humano seria “a mais perfeita de todas as espécies domesticadas”. Para o autor, a “domesticação” seria resultado dos diferentes climas, dietas e estilos de vida que teríamos estado sujeitos ao longo do tempo, e que nos levariam a mudanças morfológicas. Charles Darwin escreveu dois volumes sobre “A Variação de Animais e Plantas Domesticados” (1868), no qual em um trecho salienta: ”o homem em muitos aspectos pode ser comparado a estes animais que foram domesticados”. Em muitos aspectos, mas evidentemente não em todos, e não no principal deles, dado que nossa espécie nunca teve seu acasalamento controlado em larga escala para seleção de certas características. No entanto, isso não impede que ainda assim algumas características tenham sido selecionadas não intencionalmente, e provavelmente algumas delas estejam ligados ao processo de domesticação.

Darwin observou que a domesticação levava a uma série de fenótipos herdados em conjunto aos quais chamou de Síndrome da Domesticação. Neste contexto, as espécies domesticadas tendem a diferir de seus ancestrais de maneiras bem específicas, como foi tratado em um post anterior. Uma característica importante dos animais domesticados é que eles suportam a presença de humanos e tendem a suportar a presença de outros de suas espécies. Os humanos são extremamente sociáveis, ao contrário de seus parentes simiescos, que tendem a não tolerar bandos rivais na natureza. Humanos também são menos agressivos que seus ancestrais e mais cooperativos, além de mais graciosos na sua aparência. Mas seríamos nós domesticados?

Em 2017, um estudo tentou estabelecer as primeiras bases genéticas de uma possível auto domesticação em humanos. Os autores compararam genomas de humanos modernos e antigos, e de várias espécies domesticadas e seus correspondentes selvagens, a fim de procurar genes associados às características de domesticação, como docilidade e fenótipo gracioso. Os resultados mostraram um número de variantes gênicas associadas à domesticação que se sobrepuseram entre animais domésticos e humanos. Tais resultados apontam para um provável processo de domesticação não intencional em humanos, extremamente importante no processo de socialização ao longo de nossa evolução, e que teria usado as mesmas rotas genéticas que a seleção artificial em animais domesticados.

Recentemente, em outro estudo, pesquisadores identificaram uma rede gênica envolvida na trajetória evolutiva da face humana e da pró-socialidade, que está ausente no genoma neandertal. O experimento é baseado nas células de pacientes com Síndrome de Williams, que apresentavam diferentes mutações no gene BAZ1B. A Síndrome de Williams é um distúrbio associado a deficiências cognitivas, crânios menores e extrema simpatia. Analisando as linhagens celulares, os pesquisadores descobriram centenas de genes sensíveis ao BAZ1B que influenciam o formato da face em humanos. Ao comparar esses genes em humanos modernos, dois neandertais e um denisovano, eles então constataram que os humanos apresentam muitas mutações nas regiões regulatórias. Isso sugere que essas regiões poderiam estar sob seleção natural. E como muitos desses mesmos genes também foram selecionados em outros animais domesticados, pode-se inferir que os humanos modernos também podem ter passado por um processo de domesticação recente, mas nesse caso auto-domesticação.

Esses estudos abrem novas perspectivas para as afirmações feitam por Blumenbach e Darwin há mais de um século e constroem uma nova abordagem para as questões levantadas por diferentes linhas de pesquisas que tentam entender a evolução da sociabilidade humana.

Tábita Hünemeier

IB/USP

 

PARA SABER MAIS:

Sánchez-Villagra MR and van Schaik CP (2019) Evaluating the self-domestication hypothesis of human evolution. Evol Anthropol. 28(3):133-143.

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30938920

Imagem: https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0185306

O bebê Yoda e a ciência da fofura

Provavelmente, apenas os Wampas escondidos nas cavernas do isolado planeta Hoth ainda não viram a fofura que tomou conta das redes nas últimas semanas: um bebê da mesma espécie do personagem Yoda da saga Star Wars. A série na qual o personagem aparece ainda não estreou no Brasil, mas os memes já chegaram por aqui. O rostinho do personagem –apelidado de bebê Yoda por falta de um nome mais apropriado– despertou os instintos maternais e paternais de fãs da série e outros desavisados que viram a fofura por aí. Mas por que os olhos grandes, o nariz pequeno e o rosto rechonchudo do personagem causam esse sentimento? Continue Lendo “O bebê Yoda e a ciência da fofura”

Ecologia da resistência

A resistência a antibióticos é um problema global que vem se acentuando a cada ano. Como a compreensão sobre a ecologia dos mecanismos de resistência pode nos auxiliar no combate a este problema?

Há um tempo postei aqui no Darwinianas um texto que ilustrou alguns experimentos que “flagraram” a evolução em tempo real. Em um destes experimentos foi utilizada um gradiente de concentração de antibióticos (menos antibióticos nas bordas das placas e mais no centro) para verificar se as bactérias se adaptariam a essas crescentes quantidades de antibióticos ao longo do tempo. Foi observado que sim e vimos que, através de eventos raros de mutação, as bactérias podem adquirir resistência a esses compostos tóxicos. Resumindo, vimos que os antibióticos são importantes agentes para a evolução, mas qual será a importância ecológica deles em comunidades naturais de microrganismos? Como esse conhecimento pode ser útil para solução de um dos grandes problemas de saúde que acometem a humanidade e pode se intensificar em um futuro próximo? No post de hoje exploraremos um pouco mais esse tópico.

Os antibióticos são substâncias produzidas naturalmente por microrganismos, bactérias e fungos na maioria das vezes. O primeiro antibiótico a ser descoberto foi a ampicilina. Alexander Fleming, em 1928, ao retornar de suas férias notou que placas de culturas de estafilococos (bactérias do gênero Staphylococcus), esquecidas por ele na bancada, estavam contaminadas por um fungo (Penicillium chrysogenum). Nessas placas, ele notou uma “zona” próxima aos fungos onde as bactérias não cresciam. Essas zonas são hoje chamadas de halos de inibição em testes chamados antibiogramas (Figura 1).

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Figura 1: Teste de susceptibilidade indicando a ação mais forte ou mais fraca, proporcionalmente ao tamanho do halo circundante aos discos de difusão, que são pedacinhos de papel embebidos com diferentes antibióticos ou com diferentes concentrações de um determinado tipo de antibiótico (Fonte da fotografia: https://kasvi.com.br/superbacterias-testes-de-sensibilidade/).

Os antibióticos podem agir matando diretamente microrganismos ou fazendo com que o crescimento de suas populações pare e com o tempo eles morram (ou, em casos de infecção, o sistema imune consiga erradicar as células infecciosas). Existem vários mecanismos moleculares relacionados com a ação dos antibióticos. Cada classe de antibiótico tem um mecanismo específico. Você pode estar se perguntando: “mas… e por que os fungos (ou as bactérias) que os produzem também não morrem?”. As células que produzem este “veneno” devem ser capazes de se proteger dele. Esses mecanismos de resistência são variados e as informações necessárias para produzi-los estão contidas no DNA, razão pela qual chamamos os genes em questão de Genes de Resistência a Antimicrobianos (GRA). Em ambiente natural os antibióticos são utilizados como armas na “guerra” pela sobrevivência e por recursos (alimentos e espaço) e é uma vantagem adaptativa muito grande ter a capacidade de produzi-los e/ou de proteger-se deles no mundo dos microrganismos. Apesar de ocorrerem naturalmente e a muitos sua origem ser muito antiga (ver abaixo), conhecemos os genes de resistência (ou bactérias resistentes, ou super-resistentes), pois tem sido um crescente problema de saúde mundial.

A resistência a antibióticos é tida como uma das maiores ameaças globais à saúde, à segurança dos alimentos e ao desenvolvimento pela Organização Mundial de Saúde. Estima-se que 700 mil pessoas morram por ano decorrentes de infecções graves por bactérias resistentes a antibióticos. Além desse fato alarmante, é importante mencionar que doenças como pneumonia, tuberculose e gonorreia estão se tornando cada vez mais difíceis de tratar. Isso faz com que o tempo de internação, os custos e a mortalidade decorrente dessas infecções aumentem. A uma altura dessas você deve estar preocupado, se perguntando o que pode estar causando este aumento e como podemos evitar casos como esses, certo? Uma das mais importantes causas do aumento crescente de bactérias super-resistentes (bactérias que têm resistência a múltiplos antibióticos), é o mal-uso ou abuso de antibióticos. Isso acontece porque as bactérias podem adquirir os genes de resistência de outras bactérias e os antibióticos, caso sejam administrados incorreta e excessivamente, a seleção natural agirá sobre as populações e manterá as bactérias que contêm arsenais de defesa contra os antibióticos. A resistência se propaga nas populações humanas e nos ambientes. Outras fontes importantes de genes de resistência a antibióticos são criatórios intensivos de animais que administram doses altas dessas drogas, selecionando microrganismos resistentes nos próprios animais, nos solos e na água destes locais.

Para entender melhor como estes genes estão distribuídos no ambiente e se podemos identificar uma fonte mais provável desses genes, diversos pesquisadores têm estudado as comunidades microbianas de ambientes naturais e ambientes com alta pressão humana. Os estudos apontam que locais onde há fortes pressões antrópicas, como, por exemplo, esgotos domésticos, hospitalares ou resíduos de indústrias farmacêuticas, têm maior abundância e diversidade de genes de resistência. Como visto acima, a seleção natural age eliminando os microrganismos que não podem se proteger dos antibióticos e selecionando os que podem, fazendo com que os mesmos sejam mais abundantes. Muitos desses estudos utilizam abordagens metagenômicas, ou seja, o sequenciamento do DNA ambiental (ver esse post aqui onde expliquei resumidamente o que é metagenômica). Alguns estudos apontam que os mecanismos de resistência são extremamente antigos e surgiram há aproximadamente 2 bilhões de anos. Mesmo sendo mais abundantes em ambientes sob maior pressão antrópica, os genes de resistência a antibióticos foram encontrados em ambientes tidos como pristinos, por exemplo, em solos da Antártica e do Alasca, em cavernas isoladas e em solos permafrost (que são solos congelados no hemisfério norte, para saber mais, ver esse post aqui) de mais de 30 mil anos de idade. É importante chamar a atenção de que a presença desses genes de resistência a antibióticos nos ambientes naturais é uma questão se sobrevivência e adaptação dos microrganismos. Não devemos temer isso. O perigo para o ser humano e outros animais é quando esses mecanismos de resistência são “movidos” (em termos genéticos, isso ocorre literalmente) para patógenos. Isso acontece, pois as bactérias tem a capacidade de poder “aproveitar” diretamente o DNA disponível no ambiente, oriundo de células mortas, ou podem trocar pedaços do seu DNA diretamente com outras células. No primeiro caso chamamos esse processo de transformação, no segundo de conjugação. Além disso as bactérias podem ser infectadas por vírus, que são chamados de bacteriófagos, esses muitas vezes carregam pedaços de DNA que contem genes de resistência. O processo pelo qual um microrganismo recebe um fragmento de DNA de outra célula, de um vírus ou do ambiente é chamado de transferência horizontal de genes. Este mecanismo é muito importante para a evolução e ecologia das bactérias.

O entendimento de que as comunidades microbianas naturais podem ser uma fonte diversa para os mecanismos de resistência a antibióticos pode ser uma saída para este grave problema que acomete a humanidade. A partir do próprio ambiente podemos encontrar soluções para esses problemas. Entender que a resistência a antibióticos está num contexto de Saúde Única (em inglês One Health, que engloba aspectos humanos, de animais e ambientes) e deve ser enfrentado de uma maneira holística, é uma grande oportunidade para a descoberta de novas drogas e tratamentos alternativos.

 

Pedro Milet Meirelles

Laboratório de Bioinformática e Ecologia Microbiana

Instituto de Biologia da UFBA

meirelleslab.org

 

Para Saber mais:

Pal, C., Bengtsson-Palme, J., Kristiansson, E. and Larsson, D.J., 2016. The structure and diversity of human, animal and environmental resistomes. Microbiome4(1), p.54.

Van Goethem, M.W., Pierneef, R., Bezuidt, O.K., Van De Peer, Y., Cowan, D.A. and Makhalanyane, T.P., 2018. A reservoir of ‘historical’antibiotic resistance genes in remote pristine Antarctic soils. Microbiome6(1), p.40.

Surette, M.D. and Wright, G.D., 2017. Lessons from the environmental antibiotic resistome. Annual review of microbiology71, pp.309-329.

As plantas e os seus mil e um transcriptomas

Cientistas publicam o resultado do sequenciamento de mais de 1.000 transcriptomas de plantas de diferentes linhagens evolutivas. Mas e daí?

Nessa última semana, a revista Nature publicou o resultado de um esforço multinacional de sequenciamento do  transcriptoma de 1.124  espécies de algas e plantas terrestres. Essa iniciativa é parte do projeto 1000 Plant Genomes, também conhecido como 1KP, um amplo projeto dedicado à compreensão da história evolutiva das plantas. Esse artigo é, sem dúvida, o estudo sobre evolução das plantas (ou do grupo tecnicamente chamado de Viridiplantae) mais amplo já realizado, tanto em termos de amostragem quanto em termos da quantidade de dados analisada.

Mas, o que aprendemos com essa quantidade gigantesca de dados?

Nesse artigo, os cientistas do 1KP revisam as principais relações evolutivas entre algas e plantas terrestres, entre os principais grupos de gimnospermas, assim como sua relação com as angiospermas, e as relações evolutivas entre as principais linhagens de plantas com flores, a partir da comparação de mais de 400 genes extraídos dos milhares de transcriptomas analisados. Um resumo das relações entre as principais linhagens evolutivas está apresentado na Figura 1 abaixo.

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Figura 1 – As principais relações evolutivas entre as diversas linhagens de plantas, baseadas na análise de 410 genes extraídos dos vários transcriptomas analisados pelo 1KP. Em vermelho, o grupo das plantas com flores, o grupo de maior diversidade de espécies de plantas. As relações que já haviam sido anteriormente propostas ganharam mais robustez a partir do grande conjunto de dados analisados. (Fonte: Modificada da Fig. 2 da publicação do 1KP).

Curiosamente, e a despeito da quantidade gigantesca de dados analisados, os cientistas foram cautelosos ao apresentar os resultados das análises filogenéticas, pois em muitos dos casos as várias abordagens apresentaram resultados conflitantes, particularmente em relação a divergências entre genes nucleares e dos cloroplastos.

De maneira geral, muitas das relações apresentadas na Figura 1 – assim como muitas das suas incertezas – já eram anteriormente conhecidas pela comunidade científica. Por exemplo, uma das principais questões na evolução das plantas diz respeito à linhagem de algas mais proximamente relacionada às plantas terrestres. Dois cenários despontam como igualmente possíveis no presente estudo: (i) as plantas terrestres são mais relacionadas às algas Zygnematophyceae; ou (ii) as plantas terrestres são igualmente relacionadas às algas Zygnematophyceae e Coleochaetales. Ambas as linhagens, juntamente com outras linhagens de algas e plantas terrestres, compõem o grupo das Streptophyta. Desde pelo menos 2012 essas relações já haviam sido postuladas.

Um outro exemplo refere-se à relação entre as linhagens de briófitas (os musgos, hepáticas e antóceros), assim como à relação entre elas e a plantas vasculares, que não foram completamente resolvidas pelo estudo. Enquanto os genes de cloroplastos sugeriram que as linhagens de briófitas são mais relacionadas entre si e igualmente relacionadas às plantas vasculares, a análise de todos os dados em conjunto – incluindo genes nucleares – sugeriu que os musgos e as hepáticas são mais relacionados às plantas vasculares do que aos antóceros.

Os cientistas do 1KP foram capazes também de identificar 244 eventos de duplicação de genoma completo (do inglês whole genome duplication, WGD), 65 dos quais já haviam sido anteriormente identificados em projetos específicos de sequenciamento de genomas (Figura 2). Desses eventos de duplicação de genoma completo, o estudo identificou pelo menos um evento em cada uma das linhagens de plantas terrestres estudadas. Dentre as plantas terrestres, as samambaias apresentaram a maior frequência de duplicações de genoma, condizente com os elevados números de cromossomos encontrados nessas espécies de plantas. Ainda, diversos eventos de duplicação de genoma completo foram identificados nas linhagens de plantas com flores.  Em contraste ao observado nas plantas terrestres, a maioria das linhagens de algas estudadas não apresentou evidência de duplicações de genoma completo. Curiosamente, as Zygnematophyceae, um dos grupos de algas mais proximamente relacionado às plantas terrestres, exibiu a maior densidade de duplicações de genoma completo, dentre todas as linhagens de algas estudadas.

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Figura 2 – Estimativa do número de duplicações de genomas completos ao longo da evolução das plantas. Em vermelho, à esquerda, os eventos de duplicação de genoma completo na árvore filogenética dos principais grupos de plantas. À direita, o número médio de duplicações de genoma completo nas linhagens analisadas. (Fonte: Modificada da Fig. 4 da publicação do 1KP).

Apesar de duplicações de genoma completo serem eventos frequentes na evolução das plantas terrestres, as implicações desse fenômeno para a diversificação das linhagens de plantas ainda são desconhecidas. Os cientistas do 1KP foram cuidadosos em esclarecer que não foi observada uma correlação clara entre os eventos de duplicação de genoma completo e um aumento imediato no número de espécies pós-duplicação. Não sabemos também se há, de fato, uma correlação entre eventos de duplicação completa de genoma e o surgimento de características supostamente adaptativas nas diversas linhagens de plantas. Há mais de 20 anos, eventos de duplicações de genoma completo foram postulados como importantes processos envolvidos na origem de novidades evolutivas em diversas linhagens de plantas. A lógica por trás dessa ideia baseia-se no fato de que esses eventos são capazes de gerar um excedente de material genético, relativamente disponível e capaz de, através do acúmulo de mutações, originar novos genes ou novas famílias gênicas, resultando assim no surgimento de novas características. Um exemplo de tal correlação ocorre, por exemplo, na origem evolutiva das plantas com flores. Cientistas consideram que os dois eventos de duplicação de genoma completo que precederam a evolução das plantas com flores foram cruciais para o surgimento de novos genes envolvidos na regulação e no desenvolvimento de características específicas desse grupo.

Mas seriam essas descobertas novas?

O advento de novas tecnologias de sequenciamento de DNA tem proporcionado um avanço significativo nas descobertas das bases genéticas de diversos processos biológicos. Tem permitido também a geração de uma tremenda quantidade de dados que, muitas vezes, sem um arcabouço teórico claro, acabam por não servir a um propósito muito claro no desenvolvimento do conhecimento científico.  O 1KP é, na verdade, um guarda-chuva para diversos subprojetos, espalhados em laboratórios de todo o mundo, cada qual com interesses particulares em diferentes linhagens de plantas. Esses subprojetos já realizaram importantes contribuições para o entendimento de vários aspectos da evolução das plantas, como, por exemplo, o entendimento da comunicação entre cloroplasto e núcleo, da evolução de vias metabólicas de variados compostos secundários, da origem e evolução dos mecanismos de resposta à auxina (um dos principais hormônios em plantas), dentre outras contribuições. A lista de publicações associadas aos subprojetos do 1KP pode ser encontrada aqui. Mas, a publicação da análise dos mais de mil transcriptomas das plantas em si pouco trouxe de novidade para a comunidade científica. Talvez o maior benefício desse esforço esteja na disponibilização gratuita desses. Com perguntas mais focadas, assim como aquelas realizadas no âmbito dos subprojetos, cientistas possivelmente serão capazes de estudar as implicações dos eventos duplicações de genoma completo, tão prevalentes na história evolutiva das plantas terrestres e ainda tão misteriosos.

Curiosamente, pensar nos mais de mil transcriptomas do 1KP me remeteu aos famosos contos árabes “As Mil e Uma Noites”, talvez pelo fato de ambos tratarem de uma quantidade semelhante de coisas: enquanto os contos árabes narraram eventos de mil e uma noites entre o rei Xariar e sua esposa Xerazade, o 1KP sequenciou “mil e tantos” transcriptomas das mais variadas espécies de plantas.  “As Mil e Uma Noites” é o título dado a um conjunto de histórias de várias origens, incluindo o folclore árabe, persa e indiano.  Não há uma versão definitiva da obra, pois diferentes edições divergem no número e conjunto de contos incluídos. No entanto, o eixo principal de todas as versões está organizado em torno das diversas histórias narradas, mas nunca concluídas, por Xerazade, esposa do rei Xariar, no intuito de escapar à sua quase inevitável execução.

De forma semelhante, o 1KP é constituído por um conjunto de subprojetos, cada qual contando uma história particular da evolução de um determinado grupo de plantas. Porém, no caso de “As Mil e Uma Noites”, os contos isoladamente têm, talvez, menor importância do que o conjunto da obra: cada conto é parte de uma longa história, cujo resultado final permite que Xerazade, após mil e uma noites, escape do seu destino fatal. Já no caso do 1KP, o valor parece estar nas contribuições isoladas de cada subprojeto, mais do que no conjunto da obra, pois essa não trouxe nada de muito novo, mas sobretudo deu mais suporte ao que já sabíamos anteriormente. Talvez falte ao 1KP um fio condutor, tal qual o de “As Mil e Uma Noites”, capaz de gerar interesse suficiente para manter-se vivo a longo prazo e resolver de fato as principais questões da história evolutiva das plantas.

Ana Almeida

California State University East Bay (CSUEB)

 

Para saber mais:

Carpenter E.J. et al. 2019. Access to RNA-sequencing data from 1,173 plant species: The 1000 Plant transcriptomes initiative (1KP). GigaScience 8: giz126.

Morris, J.L. et al. The timescale of early plant evolution. 2018. PNAS, 115: E2274-E2283.

Ruhfel, B.R. et al. 2014. From algae to angiosperms–inferring the phylogeny of green plants (Viridiplantae) from 360 plastid genomes. BMC Evolutionary Biology, 14: 23.

Soltis, P.S.; Folk, R.A.; Soltis, D.E. 2019. Darwin Review: angiosperm phylogeny and evolutionary radiations. Proc. R. Soc. B, 286: 0190099.

Soltis, P.S. et al. 2015. Polyploidy and genome evolution in plants. Current Opinion in Genetics & Development, 35: 119-125.