Alterações genéticas explicam, em múltiplas linhagens, caudas mais longas em cobras arborícolas

Clues from snake bodies

Viver nas árvores obriga a um tipo de “engenharia” corporal muito específica: equilíbrio em ramos finos, controlo em movimentos torcidos e apoio constante. Agora, cientistas identificaram as alterações genéticas que ajudaram cobras arborícolas, em várias linhagens diferentes, a evoluir caudas mais compridas.

O resultado mostra que modificações semelhantes no ADN voltaram a surgir vezes sem conta, remodelando o corpo das cobras como resposta repetida à vida nos ramos - em vez de ser uma única mudança ocorrida uma vez e herdada por todos.

Ao analisar 323 cobras de 110 espécies, o padrão mais evidente de caudas mais longas apareceu nas espécies que vivem sobretudo em árvores.

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

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

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

Function of longer tails

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

Trabalhos anteriores já tinham mostrado que espécies trepadoras 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 tão de perto com a contagem de vértebras caudais que a associação atingiu 0,91.

Esta ligação forte deslocou o foco do enigma da forma exterior para a forma como os embriões continuam a adicionar segmentos na extremidade posterior.

Creating a genome map

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

A nova montagem estendeu-se por 18 cromossomas e recuperou 98,1% num teste padrão de completude.

Usando Boiga cyanea e a distante espécie arborícola Ahaetulla prasina, os investigadores conseguiram comparar dois “ensaios” separados conduzidos 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 partilhadas em genes apareceram em partes do programa de desenvolvimento que ajudam a dividir o corpo em crescimento em unidades repetidas.

Essas 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 se formam novos segmentos do corpo, onde se separam e como a coluna se alonga.

Como ambas as linhagens arborícolas apresentaram mudanças semelhantes, é provável que caudas mais longas tenham surgido através do mesmo caminho biológico.

A faster clock

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

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

O novo estudo encontrou alterações evolutivas recentes em genes que ajudam a manter esse temporizador a funcionar com o ritmo certo.

Esses sinais não provam diretamente todos os passos, mas apontam para o ritmo do desenvolvimento como uma alavanca provável.

DNA switches change

As mudanças não se limitaram aos genes: também ocorreram em regiões próximas de ADN que controlam quando os genes são ativados.

Várias destas regiões de controlo estavam perto de partes-chave do sistema que determina onde o corpo termina e onde começa a cauda.

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

Estas alterações podem mexer no timing do crescimento, permitindo caudas mais longas sem modificar os próprios genes.

Evolution stays focused

A vida nas árvores surgiu muitas vezes em cobras, mas não parece ter desencadeado um surto de novas espécies.

A maioria das transições para esse habitat começou a partir de ancestrais terrestres, e não de linhagens aquáticas, mostrando de onde, em geral, partiu a mudança repetida.

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

Esta distinção importa porque uma anatomia útil pode resolver um problema ecológico sem aumentar 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 acrescentar mais ossos caudais, dependendo de como afeta o timing do crescimento.

Este paralelo com ratos torna o resultado nas cobras mais fácil de aceitar, 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 sistemas totalmente novos.

What remains missing

Mesmo com pistas genómicas fortes, os investigadores ainda não conseguem observar, em tempo real, estas alterações específicas de ADN a remodelar um embrião de cobra.

A equipa de Li no CIB e os seus colaboradores ainda não dispõem dos sistemas laboratoriais flexíveis comuns em ratos, o que atrasa testes diretos em embriões de cobra.

O trabalho futuro vai precisar de testes diretos que desliguem ou ativem “interruptores” e genes candidatos e, depois, meçam o crescimento da cauda.

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

What this means

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

Essa perceção pode, um dia, ajudar biólogos a testar como os planos corporais mudam entre espécies, de répteis que se agarram a ramos até mamíferos.