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

Cientistas identificaram alterações hereditárias no ADN que ajudaram diferentes linhagens de cobras que vivem nas árvores a evoluir caudas mais compridas.

O resultado indica que, sempre que a vida arborícola surgiu, modificações genéticas semelhantes voltaram a remodelar o corpo das cobras como resposta às exigências desse habitat.

Padrões no corpo das cobras

Num conjunto de 323 cobras, pertencentes a 110 espécies, o sinal mais consistente de caudas mais longas apareceu nas espécies que passam a maior parte do tempo em árvores.

Ao colocar estas espécies lado a lado, Jia-Tang Li, do Chengdu Institute of Biology (CIB), associou o aumento do comprimento da cauda a mudanças genéticas transmitidas de geração em geração.

Importa notar que, em linhagens de cobras distintas, o mesmo padrão de cauda alongada surgiu de forma independente, o que favorece a hipótese de uma resposta evolutiva repetida, e não de uma única origem.

Essa repetição restringe as explicações plausíveis a mecanismos biológicos concretos que determinam quantas vértebras se formam na cauda.

Para que servem caudas mais longas nas cobras arborícolas

Em ramos estreitos, uma cauda maior oferece mais pontos de contacto e melhora o controlo quando o corpo se torce.

Trabalhos anteriores já tinham mostrado que espécies trepadoras apresentam caudas mais longas do que parentes que vivem no solo, provavelmente por facilitarem o equilíbrio e a aderência.

Nesta nova comparação, o comprimento da cauda acompanhou a contagem de vértebras caudais de forma tão próxima que a associação atingiu 0.91.

Com uma ligação tão forte, o foco do problema deixou de ser a forma externa e passou a ser o modo como, durante o desenvolvimento embrionário, se continuam a adicionar segmentos na extremidade posterior.

Construção de um mapa do genoma

Para perseguir as assinaturas de ADN por trás deste padrão, a equipa do CIB produziu um genoma de elevada qualidade para a cobra-gato-verde.

A nova montagem cobriu 18 cromossomas e recuperou 98.1% num teste padrão de completude.

Ao usar Boiga cyanea e a distante espécie arborícola Ahaetulla prasina, os investigadores conseguiram comparar dois “ensaios” separados conduzidos pela própria evolução.

Ao confrontar linhagens distantes, o argumento de convergência evolutiva tornou-se mais robusto, porque sinais coincidentes são mais difíceis de atribuir ao acaso.

Genes sob pressão evolutiva

Foram detectadas várias mudanças partilhadas em genes integrados no programa de desenvolvimento que particiona o corpo em unidades repetidas.

Essas unidades repetidas são os somitos, blocos embrionários iniciais que mais tarde dão origem às vértebras - e as cobras produzem um número invulgarmente elevado deles.

Entre os alvos mais destacados surgiram genes que ajudam a definir quando nascem novos segmentos corporais, onde se separam e de que forma a coluna se prolonga.

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

Um relógio mais rápido

Outra pista veio do “relógio de segmentação”, um temporizador molecular que, nas fases iniciais de crescimento, regula o espaçamento entre novos segmentos do corpo.

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

O estudo identificou novas alterações evolutivas em genes que contribuem para manter esse temporizador em ritmo.

Embora esses sinais não confirmem diretamente cada etapa, apontam para o ritmo do desenvolvimento como uma alavanca provável.

Mudanças em interruptores de ADN

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

Várias dessas regiões reguladoras localizavam-se junto de componentes centrais do sistema que determina onde termina o corpo e começa a cauda.

Em testes laboratoriais, a maioria destas regiões comportou-se de forma diferente em cobras arborícolas quando comparadas com cobras que permanecem no chão.

Este tipo de mudança pode ajustar o calendário do crescimento e permitir caudas mais longas sem mexer nas sequências dos próprios genes.

Evolução com alvo específico

A vida nas árvores apareceu muitas vezes ao longo da história evolutiva das cobras, mas não parece ter desencadeado uma explosão de novas espécies.

A maior parte das transições para esse ambiente partiu de ancestrais terrestres, e não de linhagens associadas à água, indicando o ponto de partida mais comum dessas mudanças repetidas.

Assim, a cauda mais longa parece estar menos ligada a uma diversificação rápida e mais associada a uma função concreta.

Esta distinção é relevante porque uma adaptação útil pode resolver um problema ecológico sem aumentar o número de linhagens de cobras.

Para lá das caudas das cobras

Vias de desenvolvimento semelhantes moldam outras partes do corpo em vertebrados, razão pela qual este resultado não se limita às cobras.

Em ratos, a alteração de um único gene pode encurtar a cauda ou acrescentar mais ossos caudais, consoante o efeito que tem sobre o tempo de crescimento.

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

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

O que ainda falta demonstrar

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

A equipa do CIB liderada por Li e os seus colaboradores continuam sem dispor de sistemas laboratoriais tão flexíveis quanto os usados em ratos, o que abranda testes diretos em embriões de cobra.

Trabalhos futuros terão de realizar experiências diretas que liguem e desliguem “interruptores” ou genes candidatos e, depois, meçam o crescimento da cauda.

Até lá, o artigo apresenta a explicação mais clara até ao momento, embora algumas ligações causais ainda precisem de ser comprovadas.

O que isto significa

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

Este conhecimento pode, no futuro, ajudar biólogos a testar de que modo os planos corporais mudam entre espécies - de répteis que se agarram a ramos a mamíferos.