PESQUISA REVELA A ORIGEM EVOLUTIVA DOS MÚSCULOS (comentado)

Análises comparativas revelam que os músculos surgiram muito antes do que se pensava.

Estruturas fundamentais dos músculos surgiram com os primeiros organismos unicelulares, defende pesquisa

Uma das características mais marcantes da maioria dos animais é a habilidade de se mover rapidamente com a ajuda da musculatura. Essa qualidade permite caçar presas, fugir do perigo, viajar grandes distâncias e até conquistar novos ambientes. 

É por isso que a evolução dos músculos foi um passo fundamental na evolução dos animais. Se por um lado a estrutura e função dos músculos — especialmente dos vertebrados — já foram amplamente estudadas por inúmeros anatomistas ao longo da história, por outro, a origem evolucionária dos músculos permanece um enigma para a ciência, em parte porque é extremamente difícil encontrar músculos fossilizados. 

 A revista britânica Nature desta semana apresenta um estudo realizado por uma equipe internacional de cientistas da Alemanha, França e Austrália que investiga a origem dos músculos. Os pesquisadores compararam o genoma e a expressão de genes em diferentes animais e descobriram que a origem dos componentes musculares se deu em animais ancestrais, tais como anêmonas, águas-vivas e esponjas.

Evolução — Os cientistas rastrearam o surgimento de uma proteína motora chamada miosina, uma das estruturas vitais dos músculos estriados dos vertebrados. Até hoje, a miosina havia sido encontrada apenas em células musculares.

Contudo, os pesquisadores encontraram a miosina muscular em esponjas, organismos que não possuem qualquer tipo de músculo. “Aparentemente, a miosina desses seres parece controlar o fluxo de água que as atravessa”, comenta Gert Wörheide, um dos autores do estudo. 

O destaque em vermelho mostra os músculos de uma água viva

As águas-vivas fazem parte de um grupo chamado cnidários. São animais que se originaram há 600 milhões de anos. Os cnidários também possuem músculos estriados, assim como os seres humanos. Por causa das semelhanças entre as estruturas presentes em vertebrados e nas águas-vivas, os cientistas supunham que os dois tipos de músculos estriados tinham uma origem comum.

Caminhos distintos — Porém, os músculos estriados das águas-vivas são fundamentalmente diferentes dos que existem nos animais vertebrados. Eles apresentam a forma anciã da miosina muscular, mas não possuem uma série de componentes essenciais que são característicos da estrutura e funcionamento dos músculos estriados dos vertebrados. Isso quer dizer que apesar das similaridades, os músculos nos dois grupos — vertebrados e cnidários — evoluíram de forma independente.
Tudo indica que a miosina originou-se pela duplicação de genes. Esse processo ocorre nos mais simples dos organismos, mesmo os unicelulares, que existiram muito antes dos primeiros animais. 

“Como essa proteína só é encontrada em células musculares, esperávamos que sua origem coincidisse com a evolução dessas células”, explicou Ulrich Technau, chefe da pesquisa. “Ficamos muito surpresos ao descobrir que a ‘miosina muscular’ provavelmente evoluiu muito antes dos primeiros músculos surgirem na Terra”, disse.

Fonte: Veja

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Resenha do autor

Dificilmente tecidos moles se fossilizam. Em raros casos, e em situações específicas é possível que tecidos moles possam ser preservados no registro fóssil. Este é o caso de alguns tecidos moles encontrados de períodos anteriores ao Cambriano (veja em TO GET FOSSIL GUTS, EXTREME CHEMISTRY NEEDED).

Estudos como este demonstrado acima são pioneiros na capacidade de descrever até que ponto do passado os precursores moleculares de características surgiram. É possível, e perfeitamente natural usar a estrutura molecular de uma característica para rastrear sua origem. De fato, grande parte desses estudos tem corroborado e auxiliado a biologia evolutiva a classificar a diversidade das formas de vida.

Grande parte da reestruturação classificatória da biologia atual foi feita com base em estudos moleculares. Isso tem um peso muito grande, pois trata-se de uma evidência material muito importante que destaca o potencial de outros métodos de datação. Um exemplo clássico é a reclassificação da biologia que é adotada recentemente onde os 5 reinos tradicionais da biologia foram abandonados e a nova taxonomia mostra um sistema de Domínios biológicos. Atualmente, todas as formas de vida são classificadas em Procariotos, Arqueias ou Eucariotos. O que determina um ser como pertencente a ao grupo dos procariotos por exemplo, á a morfologia celular e as semelhantes obtidas em análises de RNA ribossomal já que o conceito tradicional de espécie não pode ser aplicado a seres que se reproduzem assexuadamente.

Outro exemplo é o uso da biologia molecular para explicar o relacionamento evolutivo entre as formas de hemoglobina. A hemoglobina humana é uma proteína quaternária. Uma análise de DNA mostrou que as 4 cadeias são parentes entre si. Duas delas são chamadas de alfa com 141 aminoácidos e duas de globinas beta com 146 aminoácidos. Os genes codificadores das globinas alfas estão no cromossomo 11 e o das globinas beta no cromossomo 16. Em cada um desses cromossomos há pseudo-genes de uma série de proteínas que podem vir um dia a ser produzidas ou que simplesmente sofreram falhas mutacionais.

No cromossomo 11 há sete genes de globina, quatro deles são pseudo-genes desativados por falhas de sequencia. Dois são de verdadeiras globinas utilizadas no adulto e um codifica uma globina utilizada somente no estágio de desenvolvimento embrionário, a versão chamada de zeta. O agrupamento beta no cromossomo 16 tem seis genes, alguns desativados e um deles utilizado no embrião. Uma análise feita cuidadosamente em cada uma dos pares de base mostrou que cada gene é primo do outro, formando uma família de genes que muitas vezes é denominada cluster.

Um rastreamento desses genes nos levou a cerca de meio bilhão de anos e mostrou que em um peixe sem mandíbula, o anfioxo (lampreia) o gene da globina dobrou-se no cromossomo. Posteriormente por volta de 400 milhões de anos o gene alfa duplicou-se novamente em duas cópias que permaneceram vizinhas no mesmo cromossomo. Uma delas posteriormente veio a ser a versão zeta que é utilizada nos embriões (alguns chamariam isso de pré-adaptação, mas evolutivamente isso seria errado). Esse rastreamento mostra que essas cópias extras surgiram em tempos geológicos passados, muitas infuncionais e outras acabaram ganhando uma função em algum momento específico, como no caso da versão zeta.

Aqui cabe uma ressalva bastante interessante. Cada uma dessas cópias ocorreu como erro e não com a finalidade de estocar uma pré-característica. Ressalto isso para deixar claro a ausência de intencionalidade ou de pré-programação Lamarckista de tais características. A reportagem sobre os músculos, bem como as recentes descobertas da física tem deixado alguns seguidores do criacionismo bastante agitados. Uma das alegações a respeito do estudo dos genes da miosina fez com que alguns criacionistas fizessem alegação explicitamente Lamarckista, com a finalidade de descaracterizar a evolução darwiniana ao dizer “…alguma coisa é espantosamente funcional e dependemos dela para sobreviver, logo, evoluiu”.

Ora, não é porque é funcional que evoluiu, é uma variação que surgiu e foi preservada por algum motivo e desde então vem se transformando. Gostaria de lembrar exemplos da Capela de São Marco ou exemplos da genitália das hienas que expressam características que evoluíram sem que necessitem de uma função específica e mesmo assim estão presentes na biologia de certos grupos de animais.

Um exemplo que gostaria de dar é o reconhecimento de que certas espécies de caranguejos tem células com receptores de insulina. Um estudo molecular da seqüência peptídica desse receptor mostrou a presença de 39 aminoácidos. Esta seqüência apresentou 69% de homologia com o domínio tirosina quinase da subunidade b dos receptores para insulina de mamíferos e 74% com as drosophilas. Porque razão então teriam tais receptores nos caranguejos? Certamente algum valor evolutivo deve ter. Talvez não estivessem neste animal para atuar da forma na qual o receptor de insulina atua atualmente. Algo parecido pode ter ocorrido no caso dos músculos, é possível que a funcionalidade da miosina tenha sido cooptada para a função muscular ao longo dos últimos 600 milhões de anos ou mais. Obviamente que não poderíamos considerar os cnidários seres ancestrais dos animais com músculos específicos, bem como não classificamos como vertebrados o grupo dos equinodermos que dispõem de estruturas de calcário e espinhos, que formam um rígido suporte onde se fixam os tecidos do organismo a mais de 600 milhões de anos.

Podemos dizer que existe um relacionamento evolutivo próximo entre os primeiros seres vertebrados e os equinodermos, ou entre os cnidários e os seres que deram a origem a um tipo de célula que reage a luz através de moléculas como a rodopsina. Podemos dizer que existe um grau de aproximação entre os poríferos e animais com diferenciação de tecidos ou entre o celacanto e os primeiros anfíbios.

Alguns acreditaram que a semelhança de determinadas estruturas e/ou de determinados genes é uma evidencia de um designer inteligente. Fica evidente que essa é somente uma reinterpretação dos dados moleculares que busca casar as evidencias materiais da biologia com as concepções teológicas e pessoais desse grupo de pessoas. Isso porque grande parte dessas estruturas sofre variações em diferentes grupos de animais, de acordo com o polimorfismo genético da estrutura e na expressão dos genes dessas características. O fato de existir evidências moleculares, ou seja, físicas, ou genéticas, que demonstram como as características são transmitidas e herdades de uma geração a outra através de mecanismos naturais deixa essas pessoas intrigadas pelo peso demonstrativo e material que tais provas contem.

Isso quer dizer que o fato de existir estruturas semelhantes pode demonstrar um relacionamento evolutivo. Isso fica evidente ao olharmos os ossículos do ouvido dos mamíferos que tem a mesma origem embriológica e genética embora apresentem designers diferentes moldados através de eras geológicas passadas. Por outro lado temos estruturas de semelhanças não somente retratadas no ponto de vista do design da peça anatômica, mas na própria estrutura genética.

O que a reportagem acima é mais um estudo molecular, como o visto no caso da hemoglobina, o estabelecimento de relacionamento histórico, evolutivo com evidências claras a partir da genética. O estudo foi publicado na revista Nature e mostrou que os tecidos que originam os nervos e os músculos na evolução animal surgiram a mais de 600 milhões de anos, no pré-cambriano. De fato, esses dois tecidos surgiram após a separação entre o grupo dos Poriferos (esponjas do mar) e Eumetazoários. Os eumetazoários ainda compreendem dois grandes grupos. Um com animais de simetria bilateral, como vermes, estrelas do mar e nós seres humanos, e o outro formado pelo grupo dos cnidários que são seres assimétricos como os corais, anêmonas e águas vivas.

Os pesquisadores avaliaram a musculatura estriada nos animais sob a perspectiva genômica e da filogenética molecular, aplicadas conjuntamente à análise dos perfis de expressão gênica em esponjas e cnidários. O musculo estriado é aquele formado por fibras de actina e miosina que promivem a locomoçao através do movimento de catraca, e também são cheios de terminaçoes nervosas e constituem quase metade do peso total dos musculos.

O resultado da análise mostrou que muitos dos componentes genéticos que dão origem aos músculos durante o desenvolvimento do animal ja estavam presentes nos seus ancestrais. De fato, ancestrais de longa data.

A análise consistiu em comparar 47 moleculas que fazem parte do tecido musculare de organismos de simetria bilateral, como as actinas, miosinas os diversos tipos de troponinas e calmodulinas. Usaram também 22 genomas seqüenciados de espécies de metazoários, além de grupos de protistas mais proximo evolutivamente dos animais.

Eles descobriram que o gene que sintetiza a miosina de cadeia pesada tipo II (MyHC) é um gene ortólogo, ou seja, ele tem um ancestral em comum com o gene que codifica essa mesma proteína em esponjas do mar. De fato, são os mesmos genes, mas seguiram caminhos evolutivos distintos. Contudo, essa proteína era expressa de forma distinta a atual e tinha uma função também distinta. O que mais chamou a atenção é que organismos unicelulares já possuíam esses genes, também com funções distintas, como demonstrado na reportagem. Essas descobertas mudaram o paradigma vigente de que a origem dos músculos coincidia com a evolução das células musculares. Sabe-se agora que isso não ocorre, porque a miosina do músculo evoluíu provavelmente em organismos unicelulares, muito antes dos primeiro animais viveram.

Nem todas as estruturas semelhantes são relacionadas. Existem estruturas que são extremamente semelhantes, mas que surgiram independentemente em seres diferentes. Essas estruturas podem ser identificadas através da análise molecular. Cada caso em biologia evolutiva deve ser analisado separadamente, pois o fato de terem semelhanças estruturais ou genéticas pode significar relacionamento evolutivo, e o fato de não existir semelhança genética entre estruturas parecidas implica que as espécies seguiram caminhos evolutivos distintos, mas desenvolveram estruturas semelhantes diante de pressões seletivas parecidas. Portanto, se a evolução é sinônimo de transformação das formas de vida ao longo do tempo, é de se esperar que se encontre exemplos nesses dois extremos, características que guardam semelhanças a sua forma primitiva e características que se modificaram drasticamente de sua versão ancestral.

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Scritto da Rossetti

Palavra chave: NetNature, Rossetti, Miosina, Hemoglobina, Equinodermos, Cnidários, Evolução, Genes, Biologia Molecular.

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