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

Clues from snake bodies

Não é preciso olhar para a cabeça de uma cobra para perceber a sua história evolutiva - a cauda também conta muito. Um novo estudo identificou alterações genéticas que ajudaram cobras que vivem em árvores a desenvolver caudas mais longas, e esse padrão apareceu repetidamente em linhagens diferentes.

A conclusão sugere que, sempre que a vida passou para os ramos, a evolução “voltou” às mesmas soluções no ADN. Em vez de ser um acaso isolado, modificações semelhantes voltaram a moldar o corpo das cobras como resposta às exigências de se deslocarem e manterem equilíbrio no meio arbóreo.

Ao analisar 323 cobras de 110 espécies, o sinal mais claro de caudas mais compridas surgiu nas espécies que vivem sobretudo em árvores.

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

Em linhagens de cobras separadas, 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 afunila a explicação para 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 que sobem a árvores têm caudas mais compridas 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 próxima do número de vértebras caudais que a ligação atingiu 0,91.

Com uma relação tão forte, o enigma passou a ser menos sobre a forma exterior e mais sobre como os embriões continuam a acrescentar segmentos na extremidade posterior.

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 green cat snake.

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 duas “experiências” separadas conduzidas 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.

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

Entre os alvos mais marcantes 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, que funciona como um temporizador molecular a espaçar a formação de novos segmentos do corpo durante o crescimento inicial.

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

O novo estudo encontrou novas alterações evolutivas em genes que ajudam a manter esse temporizador “no ritmo”.

Esses sinais não provam diretamente cada etapa, mas apontam a cadência do desenvolvimento como uma alavanca provável.

DNA switches change

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

Várias dessas regiões reguladoras estavam perto de partes-chave do sistema que define 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.

Esses desvios podem alterar o momento do crescimento, permitindo caudas mais longas sem mexer nos próprios genes.

Evolution stays focused

A vida nas árvores apareceu muitas vezes nas cobras, mas não parece ter desencadeado um aumento explosivo no número de espécies.

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

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

Essa distinção é importante 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 por isso 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 em ratos torna o resultado nas cobras mais credível, porque a mesma via já altera caudas noutro vertebrado.

Também sugere que a evolução tende a ajustar 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 estas alterações específicas no ADN a remodelar um embrião de cobra em tempo real.

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

Trabalhos futuros vão precisar de testes diretos que invertam “interruptores” 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 os “interruptores” que orientam o crescimento vertebral.

Essa perceção pode, no futuro, ajudar biólogos a testar como os planos corporais mudam entre espécies, desde répteis que se agarram a ramos até mamíferos.