O que um rato tem em comum com um peixe cartilaginoso conhecido como patinho?
À primeira vista, você pode pensar pouco. Um é fofo, com grandes orelhas e bigodes; o outro respira com guelras e ondulações ao redor do oceano. Um é um animal de laboratório ou praga doméstica; o outro é mais provável de ser visto na natureza, ou no fundo de uma piscina rasa em um aquário. Mas acontece que esses dois vertebrados têm algo crucial em comum: a capacidade de andar. E a razão pela qual poderia mudar a maneira como pensamos sobre a evolução da caminhada em animais terrestres - incluindo humanos.
Um novo estudo genético feito por cientistas da Universidade de Nova York revela algo surpreendente: assim como os camundongos, os pequenos patins possuem o projeto genético que permite o padrão de alternância de locomoção que os animais terrestres de quatro patas usam. Esses genes foram transmitidos de um ancestral comum que viveu há 420 milhões de anos, muito antes de os primeiros vertebrados se arrastarem de mar em terra.
Em outras palavras, alguns animais podem ter tido as vias neurais necessárias para caminhar mesmo antes de viverem em terra.
Publicada hoje na revista Cell, a nova pesquisa começou com uma questão básica: como diferentes comportamentos motores evoluíram ou mudaram em várias espécies ao longo do tempo? Autor Jeremy Dasen, professor associado do Instituto de Neurociência da NYU, já havia trabalhado no movimento de cobras. Ele foi inspirado a olhar para os patins depois de ler o livro de Neil Shubin, Your Inner Fish: uma jornada para a história de 3.5 bilhões de anos do corpo humano, mas realmente não sabia por onde começar.
“Eu não fazia ideia de como era um skate”, diz Dasen. “Eu comi em um restaurante antes. Então eu fiz o que todo mundo faz, fui até o Google para encontrar vídeos de patins. ”Uma das primeiras coisas que ele encontrou foi um vídeo do Youtube de um skate clandestino envolvendo comportamento de caminhada. “Eu estava tipo, uau, isso é muito legal! Como isso acontece? ”Ele diz.
Usando patins coletados pelo Laboratório de Biologia Marinha em Woods Hole, Dasen e outros se esforçaram para descobrir. Em primeiro lugar, o básico: pequenos patins são moradores de fundo que vivem ao longo de toda a costa leste do Oceano Atlântico. Eles não têm pernas, e a caminhada deles não parece um humano indo dar uma volta. O que eles usam são as barbatanas pélvicas anteriores, chamadas "crus", localizadas sob a barbatana muito maior em formato de diamante que ondula quando elas nadam.
Quando eles estão se alimentando, ou precisam se mover mais devagar, eles se engajam em um movimento alternado para a esquerda e para a direita ao longo do fundo do oceano. Do fundo, quase se parece com pequenos pés impulsionando o skate para a frente.
Mas Dasen e sua equipe não estavam interessados apenas na biomecânica; eles queriam identificar os genes que controlavam as vias neurais motoras para andar de skate.
Ao olhar para o layout de um vertebrado, os geneticistas geralmente começam com os genes Hox, que desempenham um papel crucial na determinação do plano corporal de um organismo. Se os genes forem eliminados ou desordenados, isso pode significar um desastre para o animal (como no experimento em que uma mosca cresceu em vez de antenas em sua cabeça, depois que os cientistas intencionalmente eliminaram certos genes Hox).
Dasen e seus colegas também analisaram um fator de transcrição genética chamado Foxp1, localizado na medula espinhal em tetrápodes. A explicação simplificada é que ele atua acionando os neurônios motores que permitem o movimento de andar.
"Se você bater [Foxp1] em organismos modelo como ratos, eles perderam toda a capacidade de coordenar os músculos dos membros", diz Dasen. “Eles têm um tipo grave de descoordenação motora que os impede de andar normalmente.” Não é que os ratos sem Foxp1 não tenham os membros ou músculos necessários para andar - eles simplesmente não têm seus circuitos conectados corretamente para isso.
Essa combinação de genes em pequenos patins que lhes permitem atravessar o fundo do mar em busca de um jantar remonta a um ancestral comum que viveu há 420 milhões de anos - uma surpresa para os pesquisadores, já que a capacidade de andar era pensada. vir depois que a transição do mar para a terra começou, não antes. O fato de que tais traços genéticos permaneciam por tanto tempo, e evoluíam de maneiras tão únicas em diferentes espécies, só aumentava a excitação de Dasen.
"Há muita literatura sobre a evolução dos membros, mas não considera o lado neuronal das coisas, porque é muito mais difícil estudar", diz Dasen. “Não há registro fóssil de neurônios e nervos. Há maneiras muito melhores de estudar a evolução observando estruturas ósseas ”.
Muitos pesquisadores procuraram no registro fóssil detalhes sobre os primeiros habitantes da terra. Há o Elginerpeton pancheni, um antigo tetrápode que viveu fora do oceano por volta de 375 milhões de anos atrás. E depois há o Acanthostega, outro antigo vertebrado que os cientistas analisaram recentemente para aprender sobre seus padrões de crescimento de membros e maturidade sexual.
Enquanto isso, outros biólogos descobriram pistas observando alguns dos peixes mais estranhos que existem hoje, muitos dos quais possuem linhagens antigas. Alguns estudaram os celacantos e sarcopérgios, ou peixe-pulmão (este último usa suas barbatanas pélvicas para se mover em movimento como caminhar). Outros investigaram o movimento de bishr. As espécies de peixes africanos estão equipadas com pulmões e brânquias, para sobreviver fora da água - e tem um movimento semelhante ao andar quando forçado a viver em terra, como visto no experimento de 2014 conduzido pela bióloga Emily Standen, da Universidade de Ottawa. outras.
Standen diz que admira muito a nova pesquisa sobre pequenos patins. "Eu esperava que houvesse um pouco de semelhança [nos sistemas por trás do movimento de animais diferentes], mas o fato de que é tão perto como foi uma surpresa linda", diz ela. "Ele fala com o que eu acredito fortemente, que o sistema nervoso e como ele se desenvolve e funciona é muito flexível."
Essa flexibilidade tem sido claramente fundamental em toda a história da evolução. Graças a esse ancestral de 420 milhões de anos, agora temos tudo, desde peixes que nadam, até cobras que escorregam, ratos que andam, patins que usam uma combinação de movimentos - com o gene Foxp1 expresso ou suprimido, dependendo da plano corporal único do animal e locomoção.
E agora que sabemos um pouco mais do que está controlando esse movimento em patins, é possível que o conhecimento possa ter um uso futuro na compreensão do bipedismo em humanos.
“O princípio básico pelo qual os neurônios motores se conectam a circuitos diferentes não é realmente trabalhado [em organismos complexos], então o skate é uma maneira de olhar para isso em um sistema mais simplificado”, diz Dasen. Mas ele não quer ficar muito à frente de si mesmo para prever o que isso pode significar para o futuro. Dasen só espera que, ao ver a pesquisa, as pessoas simplesmente pensem: “Nossa, isso é realmente legal. Eles podem andar!
