Em múltiplas linhagens, alterações genéticas explicam caudas mais longas em cobras arborícolas

Clues from snake bodies

Em várias espécies de cobras, viver nas árvores não muda apenas o comportamento - deixa marcas claras no corpo. Agora, cientistas identificaram alterações genéticas que ajudaram cobras arborícolas, em diferentes linhagens, a evoluir caudas mais longas.

O resultado indica que mudanças semelhantes no ADN voltaram a surgir repetidamente, “reformatando” o corpo das cobras como resposta à vida entre ramos, em vez de terem aparecido uma única vez num antepassado comum.

Ao analisar 323 cobras de 110 espécies, o padrão mais nítido de caudas mais longas apareceu nas espécies que vivem principalmente nas árvores.

Ao comparar estas espécies, Jia-Tang Li, do Chengdu Institute of Biology (CIB), associou caudas mais longas diretamente a alterações genéticas herdadas.

Em linhagens separadas de cobras, o mesmo padrão de cauda mais longa surgiu de forma independente, o que aponta para uma resposta evolutiva repetida, e não para uma única origem.

Essa repetição restringe a explicação a mecanismos biológicos específicos que controlam quantas vértebras se formam na cauda.

Function of longer tails

Em ramos estreitos, uma cauda maior dá à cobra mais pontos de contacto e mais controlo quando o corpo se torce.

Trabalhos anteriores já tinham mostrado que espécies que sobem a árvores tendem a ter caudas mais longas do que parentes que vivem no chão, o que provavelmente facilita o equilíbrio e a aderência.

Na nova comparação, o comprimento da cauda aumentou de forma tão consistente com o número de vértebras caudais que a relação chegou a 0,91.

Esta associação tão forte deslocou o foco do “formato por fora” para o processo pelo qual os embriões continuam a adicionar segmentos na parte traseira.

Creating a genome map

Para ir atrás do ADN por trás desse padrão, a equipa do CIB construiu um genoma de alta qualidade para a cobra-gato verde.

A nova montagem cobriu 18 cromossomas e recuperou 98,1% num teste padrão de completude.

Usando Boiga cyanea e a distante espécie arborícola Ahaetulla prasina, os investigadores puderam comparar dois “ensaios” separados feitos pela própria evolução.

Ao comparar linhagens distantes, o argumento a favor da convergência ficou mais forte, porque sinais coincidentes são mais difíceis de descartar como simples coincidência.

Genes under pressure

Várias alterações genéticas partilhadas apareceram em partes do programa de desenvolvimento que ajudam a dividir o corpo em crescimento em unidades repetidas.

Estas unidades repetidas são os somitos, blocos corporais iniciais que mais tarde formam vértebras - e as cobras produzem um número invulgarmente elevado deles.

Entre os alvos que mais se destacaram estavam genes que ajudam a controlar quando novos segmentos corporais se formam, onde se separam e como a coluna se alonga.

Como ambas as linhagens arborícolas mostraram alterações semelhantes, é provável que caudas mais longas tenham surgido através da mesma via biológica.

A faster clock

Outra pista estava no “relógio” de segmentação, um temporizador molecular que espaça a formação de novos segmentos do corpo durante o crescimento inicial.

Nas cobras, esse temporizador funciona cerca de quatro vezes mais depressa do que em ratos ou lagartos, permitindo formar mais peças vertebrais.

O novo estudo encontrou alterações evolutivas adicionais em genes que ajudam a manter esse relógio a marcar o ritmo.

Esses sinais não comprovam diretamente cada passo, mas apontam o tempo do desenvolvimento como uma alavanca provável.

DNA switches change

As mudanças não ficaram apenas nos genes: estenderam-se também a regiões de ADN próximas que controlam quando os genes se ligam.

Várias dessas regiões reguladoras estavam perto de componentes-chave do sistema que determina onde o corpo termina e onde começa a cauda.

Em testes laboratoriais, a maioria dessas regiões comportou-se de forma diferente em cobras arborícolas comparadas com as que permanecem no solo.

Estas alterações podem ajustar o momento do crescimento, permitindo caudas mais longas sem mexer nos genes em si.

Evolution stays focused

Viver nas árvores surgiu muitas vezes nas cobras, mas isso não parece ter provocado um aumento explosivo de novas espécies.

A maioria das transições para esse habitat começou com ancestrais terrestres, e não a partir de linhagens aquáticas, mostrando de onde costuma partir essa mudança repetida.

A cauda mais longa parece estar menos ligada a uma diversificação rápida e mais adaptada a uma função específica.

Esta distinção é importante porque uma anatomia útil pode resolver um problema ecológico sem multiplicar o número de linhagens de cobras.

Beyond snake tails

Vias de desenvolvimento semelhantes moldam outras partes do corpo em vertebrados, e é por isso que este resultado vai além das cobras.

Em ratos, alterar um único gene pode encurtar a cauda ou adicionar mais ossos caudais, dependendo de como afeta o timing do crescimento.

Este paralelo com o rato torna o resultado nas cobras mais credível, porque a mesma via já altera caudas noutro vertebrado.

Também sugere que a evolução muitas vezes ajusta sistemas de desenvolvimento já existentes, em vez de criar mecanismos totalmente novos.

What remains missing

Mesmo com pistas genómicas fortes, os investigadores ainda não conseguem observar estas alterações específicas no ADN a remodelarem um embrião de cobra em tempo real.

A equipa do CIB, liderada por Li, e os seus colaboradores ainda não têm os sistemas laboratoriais flexíveis comuns em ratos, o que atrasa testes diretos em embriões de cobra.

O trabalho futuro terá de incluir testes diretos que “troquem” reguladores ou genes candidatos e depois meçam o crescimento da cauda.

Até lá, o artigo oferece a explicação mais clara até agora, mesmo que algumas ligações causais ainda precisem de ser demonstradas.

What this means

A vida nas árvores favoreceu repetidamente caudas mais longas em cobras, e a evolução respondeu alterando tanto genes como “interruptores” reguladores que orientam o crescimento das vértebras.

Este entendimento poderá, mais tarde, ajudar biólogos a testar como os planos corporais mudam entre espécies, de répteis que se agarram a ramos até mamíferos.