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Com suas poderosas pás de escavação, a toupeira européia pode escavar o solo com facilidade. O mesmo se aplica à toupeira marsupial australiana. Embora as duas espécies animais vivam distantes, elas desenvolveram órgãos semelhantes ao longo da evolução – no caso delas, extremidades idealmente adaptadas para escavar o solo.
A ciência fala de “evolução convergente” nesses casos, quando espécies animais, mas também vegetais, desenvolvem independentemente características que têm a mesma forma e função. Há muitos exemplos disso: os peixes, por exemplo, têm barbatanas, assim como as baleias, embora sejam mamíferos. Pássaros e morcegos têm asas, e quando se trata de usar substâncias venenosas para se defender de atacantes, muitas criaturas, de águas-vivas a escorpiões e insetos, desenvolveram o mesmo instrumento: o ferrão venenoso.
Características idênticas, apesar da falta de relacionamento
É claro que cientistas de todo o mundo estão interessados em descobrir quais mudanças no material genético das respectivas espécies são responsáveis pelo fato de nelas terem evoluído características idênticas, ainda que não haja relação entre elas.
A busca por isso está se mostrando difícil: “Tais características – falamos de fenótipos – são obviamente sempre codificadas em sequências genômicas”, diz o fisiologista de plantas Dr. Kenji Fukushima da Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg. Mutações – mudanças no material genético – podem ser os gatilhos para o desenvolvimento de novas características.
No entanto, as alterações genéticas raramente levam à evolução fenotípica porque as mutações subjacentes são amplamente aleatórias e neutras. Assim, uma quantidade enorme de mutações se acumula ao longo da escala de tempo extrema em que ocorrem os processos evolutivos, tornando extremamente difícil a detecção de alterações fenotipicamente importantes.
Nova métrica de evolução molecular.
Agora, Fukushima e seu colega David D. Pollock, da Universidade do Colorado (EUA), conseguiram desenvolver um método que alcança resultados significativamente melhores do que os métodos usados anteriormente na busca da base genética de características fenotípicas. Eles apresentam sua abordagem na edição atual da revista Natureza Ecologia & Evolução.
“Desenvolvemos uma nova métrica de evolução molecular que pode representar com precisão a taxa de evolução convergente em sequências de DNA codificadoras de proteínas”, diz Fukushima, descrevendo o principal resultado do trabalho agora publicado. Este novo método, diz ele, pode revelar quais mudanças genéticas estão associadas aos fenótipos dos organismos em uma escala de tempo evolutiva de centenas de milhões de anos. Oferece, assim, a possibilidade de ampliar nossa compreensão de como as mudanças no DNA levam a inovações fenotípicas que dão origem a uma grande diversidade de espécies.
Um tremendo tesouro de dados como base
Um desenvolvimento importante nas ciências da vida forma a base do trabalho de Fukushima e Pollock: o fato de que, nos últimos anos, mais e mais sequências genômicas de muitos organismos vivos em toda a diversidade de espécies foram decodificadas e, portanto, disponibilizadas para análise. “Isso tornou possível estudar as inter-relações de genótipos e fenótipos em larga escala em um nível macroevolutivo”, diz Fukushima.
No entanto, como muitas alterações moleculares são quase neutras e não afetam nenhuma característica, muitas vezes há um risco de “convergência falso-positivo” ao interpretar os dados – ou seja, o resultado prevê uma correlação entre uma mutação e uma característica específica que na verdade não existe. Além disso, vieses metodológicos também podem ser responsáveis por tais convergências falso-positivas.
Correlações ao longo de milhões de anos
“Para superar esse problema, expandimos a estrutura e desenvolvemos uma nova métrica que mede a taxa de convergência ajustada ao erro da evolução da proteína”, explica Fukushima. Isso, diz ele, torna possível distinguir a seleção natural do ruído genético e erros filogenéticos em simulações e exemplos do mundo real. Aprimorado com um algoritmo heurístico, a abordagem permite pesquisas bidirecionais para associações genótipo-fenótipo, mesmo em linhagens que divergiram ao longo de centenas de milhões de anos, diz ele.
Os dois cientistas analisaram mais de 20 milhões de combinações de ramos em genes de vertebrados para examinar o quão bem a métrica que eles desenvolveram funciona. Em uma próxima etapa, eles planejam aplicar esse método em plantas carnívoras. O objetivo é decifrar a base genética parcialmente responsável pela capacidade dessas plantas de atrair, capturar e digerir presas.
Fonte da história:
Materiais fornecidos por Universidade de Würzburg. Original escrito por Gunnar Bartsch. Observação: o conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e tamanho.
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