O que é Evo Devo?

DEFINANDO EVO DEVO

NOVA: Tem havido todo este burburinho sobre evo devo. Qual é a ideia chave, e porque é tão excitante?

Cliff Tabin: Biologia evolutiva do desenvolvimento, ou “evo devo”, é um termo amplo que engloba muitas coisas. E pessoas diferentes usam o termo de forma ligeiramente diferente, e também o que o torna interessante para elas difere de cientista para cientista.

Para mim, começo por dar uma olhada no lado do desenvolvimento. A revolução na biologia do desenvolvimento, e a revolução nas ciências biológicas como um todo, levou-nos a um ponto em que podemos realmente começar a compreender como os genes fazem com que um embrião se forme da forma como se forma, porque é que um membro se forma em primeiro lugar, e depois porque é que o braço é diferente da perna, porque é que o coração que começa como um tubo no meio se dobra para cima para estar à esquerda e não à direita. Estamos começando a entender esses tipos de perguntas realmente fundamentais, e isso é surpreendente em si mesmo.

Também estamos chegando ao ponto em que podemos entender não apenas como você faz um membro, mas como o processo pode ser alterado de formas realmente sutis, de modo que o membro toma a forma de uma asa de morcego versus uma mão humana versus uma barbatana. E isso para mim é enormemente excitante.

Então, para mim, o aspecto fundamental de evo devo é entender como o desenvolvimento é ajustado ao longo do tempo evolutivo.

Uma das principais descobertas em evo devo é o quanto nossos genes são semelhantes aos de todos os outros animais, certo?

Sim. Uma das surpresas mais surpreendentes ao longo do tempo que estive na ciência tem sido a descoberta de que os genes que estão envolvidos em fazer animais tão diferentes como uma mosca da fruta e um ser humano são fundamentalmente os mesmos genes. Quando pensamos em tais coisas, digamos, há 20 anos atrás, tivemos que assumir que os genes para fazer uma mosca da fruta incluiriam instruções para as asas, genes que não precisávamos. E, inversamente, que teríamos genes dedicados a fazer um membro humano ou um coração humano que uma mosca nunca teria. A descoberta surpreendente foi que, para uma primeira aproximação, os mesmos genes estão presentes em ambos e estão sendo usados em ambos.

É o mais belo processo de ver a organização emergir.

Agora, com uma visão a posteriori, percebemos, é claro, que moscas e humanos são ambos animais. Tivemos um ancestral em comum. Talvez fosse uma coisinha sem descrição, mas essa coisinha já tinha o conjunto de genes que faziam sua cabeça diferente da cauda e seu intestino diferente do coração. Para aquele verme evoluir para uma mosca, ou para evoluir finalmente para um humano, esses genes eram usados de diferentes maneiras, em diferentes combinações, com diferentes tempos.

Fundamentalmente, o conjunto de ferramentas genéticas, como nós o chamamos, já estava lá no ancestral comum. E esse conjunto ancestral de genes era poderoso e versátil o suficiente para fornecer o material para gerar as diversas formas de vida animal que agora vemos na Terra. Isso era algo que ninguém esperava, e isso tornou o estudo de vários organismos muito profundo. Isso significa que o que se aprende ao estudar o desenvolvimento de uma mosca tem realmente implicações directas para compreender a forma como somos feitos, porque por muito diferente que uma mosca seja de um humano e há muito tempo atrás divergimos, estamos a usar basicamente os mesmos genes para fazer a mesma coisa – para fazer emergir a organização num embrião.

E você e outros biólogos nunca viram isso chegar.

Eu teria apostado qualquer coisa que não seria o caso. Eu teria pensado que os genes envolvidos em fazer uma mosca seriam diferentes daqueles que fazem um humano. Eu também teria pensado que seria preciso muito mais genes fundamentais dentro desse conjunto de ferramentas para fazer um humano. Teria pensado que os genes que se utilizam para desencadear a formação de um coração seriam totalmente diferentes dos que se utilizam para fazer um osso, o que seria totalmente diferente dos que se utilizam para tornar o lado frontal de um embrião diferente do lado posterior de um embrião, e assim por diante.

Verifica-se que o mesmo gene ou genes são utilizados uma e outra vez, apenas de formas e combinações diferentes com outros genes de uma célula. E estamos usando o que eu consideraria ser, com base na minha intuição anterior, um número ridiculamente pequeno de genes.

ALL ABOUT OF THE EMBRYO

O fato de que todos nós compartilhamos um conjunto comum de genes é facilmente aparente na fase embrionária, não é? Muito cedo no seu desenvolvimento, todos os animais são muito parecidos.

Sim. Uma das coisas que tem sido discutida desde 1800 é que se você olhar para embriões de diferentes vertebrados – quer seja um peixe, salamandra, rã, galinha, rato ou humano – em estágios iniciais eles parecem muito semelhantes. Na verdade, eles passam por etapas onde estão próximos de serem indistinguíveis. Um profissional sério que os olha de perto sob um microscópio pode notar as diferenças quase desde o início, é claro. Mas a semelhança nas fases iniciais é realmente notável.

Uma das razões pelas quais penso que é esse o caso é que os primeiros aspectos de colocar as pernas no lugar certo, tornando a cabeça diferente do corpo, essas coisas muito precoces e muito fundamentais têm de acontecer a uma certa escala ditada pela gama em que as moléculas chave são capazes de agir. Portanto, quando estamos todos do mesmo tamanho, seja você um toninha, um humano ou um macaco, o mesmo tipo de processo está ocorrendo. Então, depois disso, você elabora as diferenças. Assim, nos estágios iniciais não é apenas um leigo que pensa que eles parecem semelhantes; de formas fundamentais eles realmente são semelhantes.

Um dos grandes momentos na história da evolução é quando uma barbatana evoluiu pela primeira vez para um membro.

É surpreendente observar um lapso de tempo de um embrião em desenvolvimento, de qualquer animal. Você deve ter um trabalho divertido.

Uma das grandes coisas do meu campo é apenas a oportunidade de ver os embriões se desdobrarem. É o processo mais bonito de ver a organização emergir, quer você a veja em fotografia de time-lapse ou a veja sob um microscópio ao longo do tempo. É espantosamente bonito vê-lo acontecer, e todo o processo em si é tão fundamentalmente belo que a estética combinada com a lógica é simplesmente avassaladora.

TWEAKING THE BEAK

Por que você decidiu estudar a formação do bico nos tentilhões de Darwin?

Bem, à medida que a tecnologia avançou, e à medida que o nosso conhecimento sobre desenvolvimento cresceu, chegou ao ponto de se tornar realista pensar em tentar compreender como as instruções de desenvolvimento foram ajustadas para dar variedade na natureza. Não queríamos olhar para animais muito diferentes, porque haveria muitas diferenças entre eles, e seria muito difícil de resolver o que realmente se está a passar. Queríamos olhar para animais que estão muito próximos e que idealmente têm apenas uma estrutura que difere de uma forma muito importante entre as espécies.

Os tentilhões de Varwin nas Galápagos são um grande exemplo disso. São aves que são essencialmente o mesmo organismo, mas têm bicos que têm formas muito diferentes. Essa diversidade em forma de bico permitiu-lhes ter estilos de vida muito diferentes. Um bico é uma estrutura fundamentalmente importante – tem uma grande importância ecológica – e estas diferentes espécies de tentilhão eram apenas uma única espécie de ave há um milhão de anos atrás. Então essa é uma das razões porque os tentilhões de Darwin eram muito atraentes para nós.

E o que você encontrou?

Antes de fazermos nossa pesquisa era possível que genes completamente diferentes estivessem envolvidos em fazer bicos de diferentes formas. Não pensamos que isso fosse provável, com base no que sabíamos sobre como os genes controlam o desenvolvimento, mas era possível. O que encontramos reforçou o quadro geral emergente: que os mesmos genes estão envolvidos em fazer um bico afiado e pontiagudo ou um bico grande, largo e quebrando nozes. O que faz toda a diferença é o quanto se liga um gene, quando se liga, quando se desliga – as diferenças sutis de regulação. Genes específicos são essenciais para fazer qualquer bico, mas é o ajuste – a quantidade do gene, o tempo do gene, a duração do gene – que está realmente fazendo o truque.

AN ARM AND A LEG

Faz o mesmo tipo de ajustes na formação dos membros?

Sim, e neste ponto, de uma forma muito fundamental, entendemos uma grande parte da regulação molecular, os genes que dizem ao membro como se formar. Entendemos como uma massa inicial de células obtém informação que diz a um grupo para se tornar uma estrutura e um grupo para se tornar outro. Entendemos como o tecido começa a formar um osso em oposição a um tendão, por exemplo. De uma forma muito fundamental, agora conhecemos os genes que são responsáveis por fazer o membro do jeito que ele é.

Que fazem um braço em oposição a uma perna, por exemplo?

Direito. Como eu disse anteriormente, a estrutura fundamental de um membro que vemos no nosso braço, digamos, é recapitulada com alguma variação em diferentes animais para servir como uma asa ou uma barbatana. Mas você também verá variação na estrutura que um membro leva dentro do seu próprio corpo. Um braço e uma perna são estruturas fundamentalmente semelhantes – por exemplo, ao mover-se do ombro ou do quadril em direção aos dedos das mãos ou dos pés, você tem um único osso no membro superior, seguido por dois ossos no membro inferior, depois muitos ossos formando os cinco dígitos. A frente e o membro posterior são construídos sobre o mesmo plano básico.

Não acho que você precise observar a natureza se mostrar inclinada pela diversidade da vida na Terra.

Sabemos agora que existem genes específicos que estão ligados no membro posterior, na perna, que não estão ligados no membro anterior, no braço. Quando eles estão ligados, o botão do membro inicial fica mais como um personagem da perna. Existem outros genes que estão presentes apenas no membro dianteiro ou no braço nos estágios iniciais do botão do membro. Portanto, fundamentalmente, a diferença entre um braço e uma perna pode ser rastreada até as diferenças nos genes dentro do botão de membro inicial. Aqueles genes específicos dos membros anteriores ou posteriores influenciam o conjunto geral de instruções dos membros que estão a ser estabelecidas por outros genes, de tal forma que o resultado é um braço ou uma perna.

Temos os nossos membros como garantidos, mas a evolução do membro a partir da barbatana de um peixe, quando foi um enorme salto para a frente, não foi?

Um dos grandes momentos na história da evolução é quando uma barbatana evoluiu pela primeira vez para um membro. Isto foi algo que ocorreu num peixe que estava a viver em águas rasas e estava a aprender a manipular-se a si próprio nas águas rasas. O que fez foi desenvolver uma estrutura que podia rodar e que tinha segmentos que se podiam mover independentemente uns em relação aos outros que terminavam em dígitos, o que era algo que dava a este peixe a grande capacidade de se movimentar na lama. Acabou por ser uma característica básica que tinha enorme potencial, enorme flexibilidade.

Porque o que vemos é que o plano básico desse membro-um osso no membro superior, dois ossos no membro inferior, pulsos que torcem, uma série de cinco ou menos dígitos- foi elaborado para lhe dar tudo, desde a asa do morcego para voar, a uma barbatana de toninha para nadar e navegar pelos oceanos, a uma mão para agarrar ou tocar piano, a um membro de toupeira para escavar. As enormes diferenças no uso de membros permitiram que animais posteriores – anfíbios, répteis, pássaros, mamíferos – se desenvolvessem numa extraordinária variedade de estilos de vida.

AN EVOLUTION REVOLUTION

O campo de evo devo está realmente a explodir, não está?

É simplesmente espantoso. O ritmo rápido, acho que mais do que qualquer outra coisa, é o que eu não esperaria. Acho que eu teria previsto que eventualmente chegaríamos onde estamos em termos de compreensão; só nunca pensei que isso acontecesse tão rapidamente como aconteceu. Houve revoluções tecnológicas – a revolução sequencial que nos permitiu sequenciar genomas inteiros, a tecnologia para lidar com enormes quantidades de informação ao mesmo tempo e resolver as coisas. É inacreditável o que você pode fazer e como é muito mais fácil e rápido agora do que quando eu comecei. Eu nunca teria pensado que isso aconteceria tão rápido.

Como você consegue acompanhar?

É muito difícil acompanhar quando o conhecimento se move tão rapidamente. Eu acho que o que você faz é manter-se a par das coisas que mais lhe interessam. Quando comecei na biologia, li tudo em todo o campo da biologia molecular porque havia, em comparação com os dias de hoje, relativamente pouco a ser feito. Você podia ler duas ou três revistas, e basicamente era capaz de acompanhar a biologia e fisiologia celular e imunologia e biologia do desenvolvimento e biologia do câncer. Mas agora você não consegue nem acompanhar a biologia do desenvolvimento ou a biologia evolutiva. Você escolhe seus campos, escolhe seus tópicos, escolhe suas perguntas e, basicamente, você acompanha o que realmente o excita mais.

E a diversidade da vida revelada através de evo devo é o que realmente o excita.

Não acho que você precise assistir aos espectáculos da natureza para ser derrubado pela diversidade da vida na Terra. Você pode simplesmente dar um passeio em casa. Você vê pássaros, esquilos, cães. Você chega em casa e abraça o seu filho. Estas são coisas que você toma como certas. Mas se você der um passo atrás e olhar o quão incrível o pássaro está em vôo, o esquilo tão perfeitamente adaptado correndo para cima e para baixo da árvore, e assim por diante, é simplesmente um mundo tão incrível. E o que é incrível nesta época da história do ponto de vista científico é que vamos ser capazes de entender essa diversidade, e isso só aumenta a excitação. Isso não a desmistifica. Torna-o ainda mais mágico.