Profundezas genéticas —
Genomas de cetáceos ajudam a contar a história de mamíferos que retornaram à vida aquática.
Amber Dance, Knowable Magazine –
Prolongar / Baleias e seus parentes evoluíram de mamíferos terrestres, uma transição que envolveu grandes mudanças fisiológicas e morfológicas – que os geneticistas começaram a analisar. Hayes Baxley/National Geographic para Disney+
Cerca de 400 milhões de anos atrás, o ancestral de todas as criaturas de quatro membros deu seus primeiros passos em terra firme. Avançando cerca de 350 milhões de anos, um descendente desses primeiros marinheiros fez uma meia-volta: ele voltou para a água. Com o tempo, as criaturas de volta ao mar dariam origem a animais muito diferentes de seus parentes terrestres: eles se tornaram as magníficas baleias, golfinhos e botos que deslizam pelos oceanos hoje.
“Os cetáceos são em geral os mais peculiares e aberrantes dos mamíferos, ” um cientista escreveu em 1945.
Então, no final Na década de 1990, dados genéticos confirmaram que as baleias faziam parte da mesma linha evolutiva que gerou vacas, porcos, e camelos—um ramo chamado Artiodactyla. Fósseis da Índia e do Paquistão modernos mais tarde deram corpo a essa árvore genealógica, identificando o mais próximo antigo parentes de cetáceos
Mas seus planos corporais são apenas o começo da estranheza dos cetáceos. Para sobreviver no mar, eles também tiveram que fazer modificações internas, alterando o sangue, a saliva, os pulmões e a pele. Muitas dessas mudanças não são óbvias em fósseis, e os cetáceos não são facilmente estudados em laboratório. Em vez disso, foi, mais uma vez, a genética que os trouxe à luz.
Com uma disponibilidade crescente de genomas de cetáceos, os geneticistas agora podem procurar as mudanças moleculares que acompanharam a transição de volta à água. Embora seja impossível ter certeza sobre a influência de qualquer mutação em particular, os cientistas suspeitam que muitas das que eles veem correspondem a adaptações que permitem aos cetáceos mergulhar e prosperar no mar azul profundo.
Mergulhando nas profundezas
Os primeiros cetáceos perderam muito mais do que pernas quando voltaram para a água: genes inteiros tornaram-se não funcionais. No vasto livro de cartas genéticas que compõem um genoma, esses genes extintos estão entre as mudanças mais fáceis de detectar. Eles se destacam como uma frase truncada ou fragmentada e não codificam mais uma proteína completa.
Hiller e seus colegas mergulharam na transição de volta à água comparando os genomas de quatro cetáceos – golfinho, orca, cachalote e baleia minke – com os de 55 mamíferos terrestres mais um peixe-boi, uma morsa e a foca de Weddell. Alguns 85 genes tornaram-se não funcionais
quando os ancestrais dos cetáceos se adaptaram ao mar, a equipe relatou em
em 2019. Em muitos casos, diz Hiller, eles podiam adivinhar por que esses genes se extinguiram. Por exemplo, os cetáceos não possuem mais um determinado gene—SLC4A9 —envolvido na produção de saliva. Isso faz sentido: de que adianta cuspir quando a boca já está cheia de água?
Os cetáceos também perderam quatro genes envolvidos na síntese e na resposta à melatonina, um hormônio que regula o sono. Os ancestrais das baleias provavelmente descobriram muito rapidamente que não poderiam emergir para respirar se desligassem seus cérebros por horas seguidas. Os cetáceos modernos dormem um hemisfério cerebral de cada vez, com o outro hemisfério permanecendo alerta. “Se você não tem mais o sono regular como o conhecemos, provavelmente não precisa de melatonina”, diz Hiller.
Os longos períodos de tempo que as baleias devem prender a respiração para mergulhar e caçar também parecem ter estimulado mudanças genéticas. Mergulhar fundo, como os mergulhadores sabem, significa que pequenas bolhas de nitrogênio podem se formar no sangue e em coágulos de sementes – algo que provavelmente foi prejudicial para os primeiros cetáceos. Acontece que dois genes (F12 e KLKB1
) que normalmente ajudam a iniciar a coagulação do sangue não são mais funcionais em cetáceos, presumivelmente diminuindo esse risco. O restante do maquinário de coagulação permanece intacto, de modo que as baleias e os golfinhos ainda podem selar os ferimentos.
Os cetáceos não são os únicos mamíferos que retornaram à água, e as perdas genéticas em outros mamíferos aquáticos muitas vezes são paralelas às das baleias e golfinhos. Por exemplo, tanto os cetáceos quanto os peixes-boi desativaram um gene chamado MMP12
, que normalmente degrada o pulmão elástico proteína chamada elastina. Talvez essa desativação tenha ajudado os dois grupos de animais a desenvolver pulmões altamente elásticos, permitindo-lhes exalar e inalar rapidamente cerca de 90 por cento do volume de seus pulmões quando eles vêm à superfície.
Adaptações de mergulho profundo não são apenas sobre perda, no entanto. Um ganho notável está no gene que carrega instruções para a mioglobina, uma proteína que fornece oxigênio aos músculos. Os cientistas examinaram os genes da mioglobina em animais mergulhadores, desde minúsculos musaranhos aquáticos até baleias gigantes e descobriu um padrão: Em muitos mergulhadores, a superfície da proteína tem um aspecto mais carga positiva. Isso faria com que as moléculas de mioglobina se repelissem como dois ímãs do norte. Isso, suspeitam os pesquisadores, permite que mamíferos mergulhadores mantenham altas concentrações de mioglobina sem que as proteínas se agrupem e, portanto, altas concentrações de oxigênio muscular quando mergulham.