Peça a qualquer pessoa para pensar em um animal e é provável que ela pense em um de nossos parentes mamíferos. Algumas pessoas podem ir um pouco mais longe e mencionar outros vertebrados como pássaros e peixes. Mas estes dificilmente arranham a superfície da diversidade animal, pois animais como cefalópodes, insetos e equinodermos têm características distintas.

E isso é antes de você chegar às coisas realmente estranhas, como os cnidários radialmente simétricos ou as esponjas, que não possuem músculos e células Nervosas. Ou as geléias de pente que se movem girando muitos cílios semelhantes a fios. Ou o placozoa realmente bizarrocriaturas semelhantes a discos que têm dois lados, mas nenhum interior e digerem coisas em sua superfície.

É tentador para as pessoas que acreditam que a evolução traz consigo uma complexidade crescente nos organismos imaginar que a árvore genealógica dos animais surgiu por meio da adição incremental de mais coisas, como células nervosas e músculos. No entanto, há uma enxurrada constante de estudos genéticos indicando que existem duas linhagens distintas que levam às células nervosas. Os resultados desses estudos dependiam um pouco dos genes e espécies selecionados para análise. Mas um novo estudo que não depende tanto de genes individuais agora sugere que as esponjas estão mais relacionadas aos humanos do que alguns outros animais com sistema nervoso.

reorganizações cromossômicas

A maioria dos primeiros estudos nessa área envolveu a identificação de genes relacionados que estão presentes em todos os animais e a descoberta de como esses genes estão relacionados. Os próprios organismos provavelmente estão relacionados da mesma maneira. Isso pode ser muito revelador em muitas situações, mas a análise pode se tornar confusa quando muitas espécies se ramificam em um curto período de tempo ou quando genes individuais mudam significativamente devido a pressões evolutivas. Portanto, a resposta exata que você obtém às vezes pode depender de quais genes você deseja estudar.

O novo estudo tenta evitar confusão examinando como os genes são organizados nos cromossomos. Acontece que os genes individuais tendem a permanecer no mesmo lugar em um cromossomo por longos períodos de tempo; Estima-se que leva 40 milhões de anos para que apenas um por cento dos genes em um genoma animal típico se mova para um novo cromossomo. Portanto, há uma boa chance de que, se há quatro genes próximos um do outro agora, eles estavam próximos um do outro nos ancestrais dos mamíferos de hoje que escaparam de serem comidos pelos dinossauros.

Isso não significa que esses ancestrais tinham exatamente o mesmo número e arranjo de cromossomos. Ocorrem rearranjos em larga escala, como a fusão ou divisão de cromossomos, ou a substituição de grande parte de um cromossomo por outro. No entanto, nesses grandes rearranjos, quase todos os genes vizinhos ficam lado a lado, mesmo que todo o grupo acabe em um cromossomo diferente (as trocas podem envolver tão pouco quanto uma quebra em uma molécula de DNA).

Isso significa que o arranjo linear de um grupo de genes está quebrado – tecnicamente falando sintenia– é bastante rara na história evolutiva de um animal. E ao rastrear as mudanças no arranjo dos genes de diferentes espécies, podemos descobrir onde no passado de um organismo os grupos de genes foram quebrados e quais outras espécies herdaram o mesmo rearranjo. E isso pode nos dizer quais organismos estão mais próximos de nós.

Rastreamento de novos pedidos

Para realizar tal análise, você precisa saber como os genes estão dispostos nos cromossomos. Só recentemente desenvolvemos uma tecnologia que nos permite sequenciar trechos muito longos de DNA — geralmente dezenas de milhares de bases seguidas —, o que torna a montagem dos cromossomos muito mais fácil. Os pesquisadores basearam-se em muitos genomas de animais onde isso foi feito e completaram alguns deles para o estudo. Além disso, eles reconstruíram os cromossomos de organismos unicelulares considerados intimamente relacionados aos animais para fornecer uma base para os arranjos iniciais.

Acredita-se que a origem dos animais seja de cerca de 800 milhões de anos atrás. Embora a quebra do agrupamento de genes seja rara, é tempo suficiente para que isso aconteça em grandes áreas do genoma. Os pesquisadores conseguiram identificar pouco menos de 300 genes, localizados em grupos que remontam aos parentes unicelulares dos animais, com o maior grupo contendo 29 genes. Quando os pesquisadores executaram 10 milhões de simulações, dissecando genes aleatoriamente na frequência esperada ao longo de 800 milhões de anos, eles nunca chegaram a um cluster do tamanho de oito genes, então a maioria deles provavelmente são verdadeiros atos ancestrais.

Ao rastrear os rearranjos, os pesquisadores foram capazes de identificar oito rearranjos que eram comuns em animais do lado esquerdo e direito, como nós, vertebrados e coisas como águas-vivas (Cnidaria) e esponjas (Porifera). Nenhum destes ocorreu em alforrecas (Ctenophora). Novamente, eles executaram 100 milhões de simulações aleatórias e nunca viram esse padrão de herança, então parece real.

Isso significa que animais como nós, vertebrados e qualquer outra coisa que tenha um lado esquerdo e direito, estão mais relacionados com as esponjas do que com as medusas penteadas. E isso apesar do fato de que as esponjas não têm músculos nem sistema nervoso, enquanto as medusas pente compartilham ambos conosco.

Como isso é possivelmente correto?

Além da falta de nervos e músculos, as esponjas são incomuns porque muitas têm uma estrutura interna mineralizada que lembra um esqueleto. Muitos deles usam carbonato de cálcio para produzi-lo, mas algumas espécies o fazem a partir da sílica, que é quimicamente muito diferente de qualquer coisa que nós, bilaterais, produzimos. Eles também carecem de algo chamado sistema digestivo interno.

Mas se esses parentes estranhos parecem ser, então os placozoários são os tios de Fester da família animal. Estes consistem em um disco com dois lados que se movem de forma coordenada sobre as superfícies. Ao migrar sobre o alimento, eles simplesmente formam uma pequena bolsa na parte inferior do disco e o digerem no local. Tudo isso ocorre sem células nervosas ou musculares aparentes, embora haja relatos de picos de atividade elétrica, que são a marca registrada das células nervosas em outros animais.

Aqui, também, esses grupos estão aparentemente mais intimamente relacionados a nós do que as águas-vivas, que possuem redes nervosas e células musculares.

Há duas explicações possíveis para isso, e é impossível, neste momento, distinguir entre elas. Primeiro, os ancestrais das esponjas e placozoários também tinham músculos e células nervosas, mas os perderam durante a evolução, simplificando radicalmente seus planos corporais ao longo de centenas de milhões de anos. Isso vai contra as expectativas da maioria das pessoas sobre como a evolução funciona, mas existem muitos organismos que prosperaram com planos corporais simplificados (muitos deles parasitas). E as esponjas prosperam no nicho que ocupam. Placozoários também podem prosperar, mas são pequenos e facilmente ignorados, então não temos uma compreensão precisa deles.

A alternativa é que coisas como músculos e células nervosas evoluíram duas vezes. Isso pode parecer incrivelmente improvável, mas há algumas coisas que apontam nessa direção. Por um lado, parece haver diferenças significativas entre as células nervosas e musculares da água-viva favo de mel e as dos animais do lado esquerdo e direito. Como mencionado acima, os placozoários parecem mostrar um comportamento semelhante ao das células nervosas, embora não tenham células nervosas. E muitos dos complexos de proteínas necessários para o funcionamento das células nervosas são produzidos por esponjas. Portanto, pode ser que os ancestrais de todos esses animais tivessem partes que permitissem que as células nervosas se desenvolvessem com menos alterações do que seriam necessárias.

Distinguir entre essas possibilidades será um sério desafio, e é improvável que simplesmente coletar mais sequências de genoma nos forneça uma resposta. Em vez disso, provavelmente teremos que começar a cultivar geléias de favo de mel no laboratório para que possamos examinar mais de perto suas células nervosas e musculares.

Natureza, 2023. DOI: 10.1038/s41586-023-05936-6 (Sobre DOIs).