Uma série de experimentos liderados por pesquisadores da Stanford Medicine que incluíram conexões de peixes, CRISPR e saltos em lagos confirmaram uma suposição de longa data, ainda não comprovada, sobre a evolução natural. Também desmascara um ponto de discussão favorecido pelos proponentes do design inteligente, que argumentam que as mutações que ocorrem naturalmente só danificam ou destroem um animal e não podem levar a novas características e estruturas corporais úteis.
Os pesquisadores identificaram mudanças repetidas na regulação de um gene chave do desenvolvimento que aumenta o número e governa o comprimento dos principais espinhos defensivos de um peixe chamado stickleback. Novas características da coluna melhoram a sobrevivência do peixe diante de predadores variados - indo contra uma afirmação-chave dos antievolucionistas de que grandes mudanças sempre deixarão os animais incapazes de sobreviver na natureza.

"Os cientistas já sabem que as mudanças na regulação desse gene, chamado HOX, controlam o desenvolvimento das principais estruturas do corpo durante o desenvolvimento", disse David Kingsley, Ph.D., professor de biologia do desenvolvimento. "O que há de novo é que mostramos conclusivamente que mutações nesse gene produzem grandes mudanças em animais selvagens - novos recursos que ajudam os peixes a prosperar em ambientes naturais. Nossas descobertas refutam o argumento comum de que esses tipos de genes são tão importantes, tão fundamentais, que os animais com mutações nessas regiões não sobreviveria na natureza - que se você brincar com reguladores mestres, você só vai fazer um monstro sem esperança."

Kingsley, pesquisador do HHMI e professor Rudy J. e Daphne Donohue Munzer, é o autor sênior da pesquisa, que foi publicada on-line em 1º de setembro na revista Nature Ecology and Evolution . A estudante de pós-graduação Julia Wucherpfennig é a principal autora do estudo.

Embora o conceito de evolução seja amplamente aceito, ele pode acontecer de diferentes maneiras. A evolução regressiva é a perda de características existentes, anteriormente úteis, mas agora desvantajosas ou inúteis, resultando em um animal mais adequado ao seu ambiente natural. Essas mudanças são quase sempre neutras - pense nos peixes das cavernas que perderam os olhos depois de gerações na escuridão - ou úteis, como nos primeiros humanos que trocam o traje peludo de nossos parentes macacos, permitindo-nos perseguir presas por longas distâncias sem ficar superaquecido .

Um jogo de azar

Em contraste, a evolução progressiva ocorre quando os organismos adquirem novas características que lhes permitem competir com seus pares. Mas essas mudanças são essencialmente um salto de fé equivalente a jogar os dados genéticos e esperar que todos dêem seis. Mudanças menores e mais graduais são menos arriscadas. Grandes mudanças estruturais, às vezes chamadas de mutações de grande efeito, podem ser particularmente arriscadas:imagine que um dia você saia de seu apartamento ostentando uma terceira perna, ou duas cabeças. Você teria uma vantagem sobre seus vizinhos quando correr para o ônibus, ou é mais provável que você tropece e caia de cabeça no trânsito?

Embora tenha havido alguns casos em que os animais ganharam características benéficas na natureza a partir de mudanças nos genes HOX – as moscas da fruta desenvolveram padrões específicos de cerdas sensoriais em suas pernas e algumas abelhas ganharam coloração distinta em seus abdomes – a maioria dos grandes ganhos estruturais causados ​​por mutações em essas regiões têm sido prejudiciais.

"As moscas da fruta de quatro asas criadas em laboratório são um exemplo famoso de como alterações genéticas relativamente simples em regiões reguladoras dos genes HOX podem mudar drasticamente a forma do corpo de um animal", disse Kingsley. “Mas como essas moscas não podem sobreviver na natureza, os defensores da antievolução as aproveitaram – não como bons exemplos de como os genes impulsionam a evolução, mas como prova de que as mudanças genéticas só podem tornar os animais menos funcionais”.

Peixes esganacho de 5 a 10 centímetros de comprimento, que ostentam vários números de espinhos pontiagudos ao longo de suas costas, são ótimos objetos de pesquisa porque evoluem rápida e dramaticamente em resposta às mudanças nas condições ambientais. Um lago repleto de insetos que se alimentam de peixes geralmente abriga esganas com espinhos em menor número e mais curtos para agarrar. Mas um lago com peixes maiores ou pássaros que engolem seus pedaços de peixe inteiros provavelmente ostentará uma população de esgana-gatas com espinhos mais longos, mais numerosos e que arranham a garganta. Florestas de ervas aquáticas são ótimas para peixes flexíveis e escorregadios que podem se esconder na vegetação, enquanto em mar aberto, placas blindadas e espinhos formidáveis ​​são o caminho a percorrer.

O laboratório Kingsley começou o estudo com um ponto de matchmaking aguado. Estudantes de pós-graduação anteriores cruzaram um esgana-gata fêmea de dois espinhos de um lago de água doce na Colúmbia Britânica com um esgana-gata macho de três espinhos das águas salgadas de Bodega Bay, Califórnia. Eles então cruzaram a progênie daquela partida entre si e analisaram o número e a forma de seus espinhos. A maioria dos 590 grandes peixes tinha três espinhos, mas seis tinham dois espinhos e 21 tinham quatro espinhos – mais do que qualquer um de seus ancestrais. Extensos estudos genéticos dos peixes com espinhos variados identificaram diferenças na região em torno de um gene chamado HOXDB, que é um membro da família de genes HOX.

Uma ligação entre genes e anatomia

Wucherpfennig continuou coletando e cruzando sticklebacks de inúmeros lagos e riachos da América do Norte, estudando sua composição genética e usando métodos CRISPR para confirmar os efeitos do gene HOXDB nas espinhas dorsais. Ela encontrou um painel de alterações em regiões próximas ao gene HOXDB e mostrou que elas estavam associadas a grandes mudanças anatômicas que estão evoluindo na armadura defensiva dos peixes selvagens.

"Na Nova Escócia, algumas das populações de esganacho evoluíram para ter cinco ou até seis espinhos", disse Kingsley. "A natureza deixou a região codificadora desse gene intacta, mas alterou como e quando ele é expresso durante o desenvolvimento normal para adicionar estruturas em vez de removê-las. pressões."

Wucherpfennig e seus colegas mostraram que mudanças repetidas nas regiões reguladoras do gene HOXDB são responsáveis ​​pela evolução recente de novos padrões de coluna em duas espécies diferentes de esganacho que ela estudou em toda a América do Norte. Eles agora estão interessados ​​em saber se mudanças semelhantes são responsáveis ​​por diferenças em peixes que são ainda mais distantes.

"Existem regras previsíveis que governam a mudança evolutiva?" disse Kingsley. "As espécies naturais estão usando o mesmo truque repetidamente, ou elas têm que inventar um novo truque a cada vez? Até agora, tem sido o mesmo gene, mesmo nesses sticklebacks muito divergentes de diferentes ambientes. estruturas para gerar animais mais adaptados ao meio ambiente, e que o faz repetidamente usando o mesmo gene regulador mestre. É um argumento decisivo para a evolução progressiva, que vem sendo debatido nos meios acadêmicos e não acadêmicos há décadas." + Explorar mais

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