GENETIC SIMILARITIES BETWEEN BATS AND DOLPHINS. (Comentado)

The evolution of similar traits in different species, a process known as convergent evolution, is widespread not only at the physical level, but also at the genetic level, according to new research led by scientists at Queen Mary University of London and published in Nature this week.

Dolphin (stock image). (Credit; © Andriy Bezuglov,Fotolia)

The scientists investigated the genomic basis for echolocation, one of the most well-known examples of convergent evolution to examine the frequency of the process at a genomic level.

Echolocation is a complex physical trait that involves the production, reception and auditory processing of ultrasonic pulses for detecting unseen obstacles or tracking down prey, and has evolved separately in different groups of bats and cetaceans (including dolphins).

The scientists carried out one of the largest genome-wide surveys of its type to discover the extent to which convergent evolution of a physical feature involves the same genes.

They compared genomic sequences of 22 mammals, including the genomes of bats and dolphins, which independently evolved echolocation, and found genetic signatures consistent with convergence in nearly 200 different genomic regions concentrated in several ‘hearing genes’.

To perform the analysis, the team had to sift through millions of letters of genetic code using a computer program developed to calculate the probability of convergent changes occurring by chance, so they could reliably identify ‘odd-man-out’ genes.

They used a supercomputer at Queen Mary’s School of Physics and Astronomy (GridPP High Throughput Cluster) to carry out the survey.

Consistent with an involvement in echolocation, signs of convergence among bats and the bottlenose dolphin were seen in many genes previously implicated in hearing or deafness.

“We had expected to find identical changes in maybe a dozen or so genes but to see nearly 200 is incredible,” explains Dr Joe Parker, from Queen Mary’s School of Biological and Chemical Sciences and first author on the paper.

“We know natural selection is a potent driver of gene sequence evolution, but identifying so many examples where it produces nearly identical results in the genetic sequences of totally unrelated animals is astonishing.”

Dr. Georgia Tsagkogeorga, who undertook the assembly of the new genome data for this study, added: “We found that molecular signals of convergence were widespread, and were seen in many genes across the genome. It greatly adds to our understanding of genome evolution.”

Group leader, Dr Stephen Rossiter, said: “These results could be the tip of the iceberg. As the genomes of more species are sequenced and studied, we may well see other striking cases of convergent adaptations being driven by identical genetic changes.”

Fonte: Science Daily

 .

Comentarios do autor

O estudou comparou geneticamente a convergencia evolutiva da ecolocalização, um sistema sensorial complexo que envolve a produção, recepção e processamento auditivo de pulsos ultrassonicos usado para detectar obstáculos ou rastrear presas. Este mecanismo evoluiu separadamente em diferentes grupos, especialmente entre morcegos e cetáceos (incluindo os golfinhos). Hoje sa se sabe que alguns musaranhos também usam ecolocalização. Outros estudos moleculares comparativos mostraram que essa característica evoluiu independentemente nos 3 grupos, e que pode ter evoluído independentemente dentro do próprio grupo de morcegos.

Os cientistas realizada uma das maiores comparações genomicas para descobrir a medida em que a evolução convergente trabalha sobre uma característica física e se envolve os mesmos genes.

Eles compararam as sequências genômicas de 22 de mamíferos, incluindo os genomas de morcegos e golfinhos, que evoluíram de forma independente ecolocalização, e descobriram assinaturas genéticas consistentes com a convergência em cerca de 200 regiões genômicas diferentes concentradas em vários genes ligados a audição.

O autor principal do estudo esperava encontrar alterações idênticas em uma dúzia de genes, mas o resultado surpreendeu pois envolvia quase 200 genes.

Mas é preciso ter cuidado ao interpreter essas semelhanças e diferenças. Comparar genomas é diferente de comparer redes de genes e a dinamica de expressão delas. Ter genes homologos não implica em caracteristicas semelhantes. O gene distal less é homologo no grupo dos artropodes, mas os interruptores geneticos que determinam seu padrão de atuação e silenciamento é diferente, por isso aracnideos, insetos e crustáceos são levemente diferentes apesar de terem padrões anatomicos em comum. O distal-less é responsavel pelas determinação e construção das pernas e aparelhos projeções do aparelho respiratorio dos crustáceos. Em aracnideos são responsáveis pela produção das fiandeiras e pulmões foliáceos, bem como nas branqueias de crustáceos, nas pernas do onicoforo e muito provavelmente (99% de certeza) em trilobitas por serem um grupo irmão que compartilha as mesmas características com crustáceos. Esse gene certamente vem do ancestral comum de todos os artrópodes que antecede o Cambriano estando presente certamente na Aysheaea que é o ancestral comum de todos esses artrópodes citados acima.

Asas de Drosophila são construídas com os mesmos genes que constroem as asas das borboletas, especialmente o gene Distal-less. Entretanto, a frequência e intensidade de expressão deste gene em ambos os animais são distintas embora o gene em si seja homólogo. Isso ocorre porque há um interruptor a mais no distal-less em borboletas que tem padrões de atividade distintos e com funções distintas (mas não sua sequencia de pares de bases). Enquanto em drosofilas esse gene produz as asas e pernas e um segundo par de asas modificadas em halteres, em borboletas eles são responsáveis pela produção igualmente das pernas, asas anteriores, porém desativados na construção do segundo par de asas (desativados pelo gene Ultrabithorax que constrói um padrão de asas diferentes). Além disto o distal-less ganha uma nova função, a de produzir manchas ocelares em borboletas da família ninfalidae.

A convergência é um fenômeno natural observado em seres vivos quando desenvolvem características semelhantes de origens diferentes. Quando um caráter semelhante evolui independentemente em duas espécies, não tendo encontrado ancestral comum entre elas. Para a convergência aparecer ambos os animais devem viver sobre situações ecológicas semelhantes e desenvolvem então a mesma estratégia, ou estrutura.

Características convergentes podem partilhar a totalidade ou parcialmente uma profunda homologia de genes reguladores e de cascatas de genes que geram estruturas distintas em animais sem relacionamento ancestral próximo Há uma enorme lista de animais que participam de convergências evolutivas. As asas convergentes de pterodáctilos, pássaros e morcegos surgem de acordo com o mesmo nicho ecológico que contemplaram em vida e ainda podem ter seus genes homólogos. Urubus e condores ocupam nichos ecológicos dos abutres, embora este último apesar de serem mais aparentados com cegonhas ou garças. Os airos do hemisfério Norte e pinguins do hemisfério Sul têm aspectos semelhantes e ocupam o mesmo nicho ecológico, mas são de ordens diferentes. Os ratos-cangurus evoluíram convergentemente nos desertos da Austrália, América do norte e África. Todos os 3 grupos apresentam adaptações ao deserto como as dimensões do corpo arredondadas, longas patas traseiras, cauda longa e fina, salto bípede, hábitos noturnos, são comedores de sementes além do que apresentam a característica de se enterrarem.

Exemplos de convergência existem até em plantas. Espinhos e acúleos apresentam a mesma função, proteção da planta evitando a herbivoria, porém ambos surgiram independentemente algumas vezes durante a evolução das plantas.

Algumas dicotiledôneas e monocotiledôneas sob estresse são capazes de formar órgãos subterrâneos, como rizomas e tubérculos, para armazenar água e nutrientes até as condições melhorarem. Essa característica não estava presente no ancestral comum mais recente delas  é uma convergência evolutiva.

Plantas carnívoras evoluíram independentemente pelo menos 7 vezes desenvolvendo diferentes armadilhas para capturar os insetos e absorver os nutrientes que estão escassos no solo, como o nitrogênio que não ocorrem em solos encharcados pelo fluxo constante de água.

 .

Scritto da Rossetti

Palavras chave: NetNature, Rossetti, Convergência evolutiva, Evolução, Genes.

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