Por que humanos não têm rabos? A resposta pode estar em mecanismo genético

Os humanos têm muitas qualidades maravilhosas, mas nos falta algo que é uma característica comum entre a maioria dos animais com espinha dorsal: uma cauda. Exatamente por que isso ocorre tem sido um mistério.

Rabos são úteis para equilíbrio, propulsão, comunicação e defesa contra insetos mordedores. No entanto, os humanos e nossos parentes primatas mais próximos – os grandes primatas – Disseram adeus às caudas cerca de 25 milhões de anos atrás, quando o grupo se separou dos macacos do Velho Mundo. A perda tem sido associada há muito tempo com nossa transição para o bipedalismo, mas pouco se sabia sobre os fatores genéticos que desencadearam a ausência de caudas nas primatas.

Agora, Cientistas rastrearam nossa perda de cauda para uma curta sequência de código genético que é abundante em nosso genoma, mas havia sido descartada por décadas como lixo de DNA, uma sequência que aparentemente não serve para nenhum propósito biológico. Eles identificaram o trecho, conhecido como elemento Alu, no código regulador de um gene associado ao comprimento da cauda chamado TBXT. Também faz parte de uma classe conhecida como genes saltadores, que são sequências genéticas capazes de mudar sua localização no genoma e desencadear ou desfazer mutações.

Em algum momento de nosso passado distante, o elemento Alu AluY saltou para o gene TBXT no ancestral dos hominoides (grandes primatas e humanos). Quando os cientistas compararam o DNA de seis espécies de hominoides e 15 primatas não hominoides, encontraram AluY apenas nos genomas de hominoides, contando os cientistas em 28 de fevereiro na revista Natureza. E em experimentos com camundongos geneticamente modificados – um processo que levou cerca de quatro anos – manipula inserções de Alu nos genes TBXT dos roedores examinados em comprimentos variáveis ​​de cauda.

Antes deste estudo, “havia muitas hipóteses sobre por que os hominoides evoluíram para não possuírem cauda”, sendo a mais comum conectando a ausência de cauda à postura ereta e à evolução da marcha bípededisse o autor principal do estudo, Bo Xia, pesquisador do Observatório de Regulação Gênica e pesquisador principal do Instituto Broad do MIT e da Universidade Harvard.

Mas, para identificar precisamente como os humanos e os grandes primatas de suas caudas, “nada havia sido descoberto ou hipotetizado anteriormente”, disse Xia à CNN por e-mail. “Nossa descoberta propõe um mecanismo genético pela primeira vez”, disse ele.

E como as caudas são uma extensão da coluna vertebral, os achados também podem ter implicações para entender malformações do tubo neural que podem ocorrer durante o desenvolvimento fetal humano, de acordo com o estudo.

Ver o que ninguém mais viu

Um momento de avanço para os pesquisadores aconteceu quando Xia estava revisando a região TBXT do genoma em um banco de dados online amplamente utilizado por biólogos do desenvolvimento, disse o coautor do estudo Itai Yanai, professor do Instituto de Genética de Sistemas e Bioquímica e Farmacologia Molecular da Escola de Medicina Grossman da Universidade de Nova York.

“Deve ter sido algo que milhares de outros geneticistas olharam”, disse Yanai à CNN. “Isso é incrível, não é? Que todos estão olhando para a mesma coisa, e Bo notou algo que ninguém viu.”

Os elementos Alu são abundantes no DNA humano; a inserção em TBXT é “literalmente um em um milhão que temos em nosso genoma”, disse Yanai. Mas enquanto a maioria dos pesquisadores havia descartado a inserção de Alu de TBXT como lixo de DNA, Xia notou sua proximidade com um elemento Alu vizinho. Ele suspeitou que, se os elementos se juntassem, poderiam desencadear um processo perturbador na produção de proteínas no gene TBXT.

“Isso aconteceu num piscar de olhos. E depois levou quatro anos de trabalho com camundongos para testá-lo de fato”, disse Yanai.

Em seus experimentos, os pesquisadores obtiveram a tecnologia de edição de genes CRISPR para criar camundongos com a inserção de Alu em seus genes TBXT. Eles descobriram que o Alu fez o gene TBXT produzir dois tipos de proteínas. Um deles levou a caudas mais curtas; Quanto mais dessa proteína os genes produziam, mais pequenas eram as caudas.

Essa descoberta se soma a um corpo crescente de evidências de que os elementos Alu e outras famílias de genes saltadores podem não ser “lixo” afinal, disse Yanai.

“Embora entendamos como eles se replicam no genoma, agora somos solicitados a pensar sobre como eles também estão moldando aspectos muito importantes da fisiologia, da morfologia, do desenvolvimento”, disse ele. “Acho espantoso que um elemento Alu – uma coisa pequena, insignificante – possa levar à perda de um apêndice inteiro como a cauda.”

A eficiência e a simplicidade dos mecanismos Alu para afetar a função gênica foram subestimadas pelo tempo demais, acrescentou Xia.

“Quanto mais estudo o genoma, mais percebo o quanto sabemos pouco sobre ele”, disse Xia.

Os humanos ainda têm rabos quando nos desenvolvemos no útero como embriões; este pequeno apêndice é uma herança do ancestral com cauda de todos os vertebrados e inclui 10 a 12 vértebras. Só é visível da quinta à sexta semana de gestação e, pela oitava semana do feto, sua cauda geralmente desaparece. Alguns bebês retêm um embrionário remanescente de cauda, ​​mas isso é extremamente raro e tais caudas geralmente carecem de osso e cartilagem e não fazem parte da medula espinhal, reportagem de outra equipe de pesquisadores em 2012.

Mas enquanto o novo estudo explica o “como” da perda de cauda em humanos e grandes primatas, o “porquê” ainda é uma questão em aberto, disse a antropóloga biológica Liza Shapiro, professora do departamento de antropologia da Universidade do Texas em Austin.

“Acho realmente interessante observar um mecanismo genético que pode ter sido responsável pela perda da cauda em hominoides, e este artigo contribui de forma valiosa nesse sentido”, disse Shapiro, que não esteve envolvido na pesquisa, à CNN por e-mail.

“No entanto, se essa foi uma mutação que levou aleatoriamente à perda da cauda em nossos ancestrais simios, ainda surge a questão de saber se a mutação foi mantida porque foi funcionalmente benéfica (uma adaptação evolutiva), ou simplesmente não foi um obstáculo”, disse Shapiro, que investiga como as primatas se movem e o papel da coluna vertebral na locomoção das primatas.

Na época em que os primatas nasceram a andar em duas pernas, eles já perderam suas caudas. Os membros mais antigos da linhagem dos hominídeos são os primeiros macacos Procônsul e Ekembo (encontrados no Quênia e datados de 21 milhões e 18 milhões de anos atrás, respectivamente). Fósseis mostram que, embora essas primatas antigas não tivessem cauda, ​​eram habitantes de árvores que andavam em quatro membros com uma postura corporal horizontal como macacos, disse Shapiro.

“Então, a cauda foi perdida primeiro, e então a locomoção que associamos aos grandes macacos evoluiu posteriormente”, disse Shapiro. “Mas isso não nos ajuda a entender porque a cauda foi perdida em primeiro lugar.”

A ideia de que caminhar em posição vertical e perda de cauda estão funcionalmente ligadas, com os músculos da cauda sendo reaproveitados como músculos do assoalho pélvico, “é uma ideia antiga que NÃO é consistente com o registro fóssil”, acrescentou ela.

“A evolução funciona a partir do que já está lá, então eu não diria que a perda da cauda nos ajuda a entender a evolução do bipedalismo humano de forma direta. Isso nos ajuda a entender nossa ancestralidade de macaco grande”, disse ela.

Cauda ancestral

Para os humanos modernos, os rabos são uma memória genética distante. Mas a história de nossas caudas está longe de terminar, e ainda há muito sobre a perda de cauda para os cientistas explorarem, disse Xia.

Pesquisas futuras poderiam investigar outras consequências do elemento Alu em TBXT, como impactos no desenvolvimento embrionário humano e comportamento, sugeriram ele. Embora a ausência de cauda seja o resultado mais visível da inserção de Alu, é possível que a presença do gene também tenha desencadeado outras mudanças no desenvolvimento – assim como mudanças na locomoção e comportamentos relacionados nos primeiros hominoides – para acomodação a perda da cauda.

Outros genes provavelmente também desempenharam um papel na perda da cauda. Embora o papel do Alu “pareça ser muito importante”, outros fatores genéticos provavelmente foram desenvolvidos para o desaparecimento permanente das caudas de nossos ancestrais primatas“, disse Xia.

“É razoável pensar que durante esse tempo, ocorreram muitas outras lesões relacionadas à estabilização da perda da cauda”, disse Yanai. E porque tal mudança evolutiva é complexa, nossas caudas foram para sempre, acrescentamos ele. Mesmo que a motivação da mutação identificada no estudo pudesse ser desfeita, “ainda não traria de volta a cauda”.

As novas descobertas também podem lançar luz sobre um tipo de defeito do tubo neural em embriões conhecido como espinha bífida. Em seus experimentos, os pesquisadores descobriram que quando os camundongos foram modificados geneticamente para perda de cauda, ​​​​alguns desenvolveram deformidades do tubo neural que se assemelhavam à espinha bífida em humanos.

“Talvez a razão pela qual temos essa condição em humanos seja por causa deste compromisso que nossos ancestrais fizeram há 25 milhões de anos para perder suas caudas”, disse Yanai. “Agora que fizemos essa conexão com este elemento genético particular e este gene particularmente importante, isso poderia abrir portas para o estudo de defeitos neurológicos.”

(Mindy Weisberger é uma escritora de ciência e produtora de mídia cujo trabalho já apareceu na Live Science, na Scientific American e na revista How It Works)