A explicação habitual para capacidades biológicas complexas aponta para os genes em si: quais existem, quais surgiram e quais se perderam. Pesquisadores da Universidade de Viena encontraram uma pista diferente para entender a inteligência de polvos, lulas e sépias. Ela pode estar não apenas na sequência genética desses animais, mas no modo como o DNA está dobrado e arrumado dentro das células.
Segundo o estudo publicado na revista Nature Communications, uma grande reorganização do genoma ocorrida há centenas de milhões de anos colocou em contato regiões genéticas que antes ficavam separadas. Essas novas conexões mudaram a forma como os genes podiam interagir e ser controlados, o que pode ter ajudado a moldar o sistema nervoso incomumente sofisticado desses animais, conhecidos em conjunto como cefalópodes coleoides.
A ressalva é importante: os autores não afirmam que essas mudanças causaram diretamente a inteligência dos cefalópodes. O que eles descrevem é um mecanismo potencial.
O genoma como uma estrutura tridimensional
Polvos, lulas e sépias estão entre os animais com os sistemas nervosos mais elaborados do reino animal. Resolvem problemas e mudam de aparência em instantes para se camuflar no ambiente. Mas como essas habilidades evoluíram?
Para investigá-la, a equipe reconstruiu a organização tridimensional do genoma de polvos, lulas e sépias. Depois, comparou esse arranjo físico do DNA com padrões de atividade dos genes, em busca de relações entre a estrutura do genoma e a complexidade biológica.
A autora principal do trabalho, Thea Rogers, resume a ideia que orientou a pesquisa:
“O genoma não é só uma sequência de genes. Ele é dobrado em uma estrutura tridimensional complexa”, afirmou a pesquisadora da Universidade de Viena. “Entender como essa estrutura evolui está se tornando cada vez mais importante para compreender como surgem novas formas de complexidade biológica.”
O DNA costuma ser representado como uma longa escada torcida, mas dentro da célula ele não fica esticado. Ele se dobra em um arranjo intrincado que permite que trechos distantes na sequência fiquem fisicamente próximos. Essas aproximações importam porque podem influenciar quais genes são ativados, em que momento e com que intensidade. Assim, mudar o dobramento do DNA pode alterar a atividade genética sem necessariamente modificar as instruções genéticas propriamente ditas.
Um embaralhamento antigo e o “emaranhamento regulatório”
Os pesquisadores encontraram evidências de que os genomas dos cefalópodes passaram por um longo período de reorganização há centenas de milhões de anos. Nessa reviravolta evolutiva, grandes blocos de material genético foram rearranjados, e regiões de cromossomos antes separadas passaram a ficar lado a lado.
Com isso, trechos de DNA ganharam a oportunidade de interagir de maneiras antes impossíveis. Uma vez formadas, essas conexões podiam influenciar a atividade umas das outras, construindo aos poucos redes mais elaboradas de regulação genética. Ao longo do tempo evolutivo, as interações teriam se tornado cada vez mais interligadas e difíceis de desfazer.
Os cientistas chamam esse processo de “emaranhamento regulatório”.
O mecanismo oferece uma possível explicação para como a evolução produz novidades sem quebrar funções essenciais à sobrevivência. Ao criar ligações novas entre elementos genéticos já existentes, o genoma pode desenvolver outros padrões de atividade enquanto mantém intactos os sistemas biológicos cruciais.
Domínios estáveis e alças flexíveis perto dos genes do sistema nervoso
Um dos resultados mais reveladores foi perceber que partes diferentes do genoma reagiram de modos distintos à reorganização. Grandes regiões estruturais chamadas domínios de cromatina permaneceram notavelmente estáveis ao longo de longos períodos da história evolutiva. Esses domínios organizam o DNA em grandes seções dentro da célula, e sua persistência sugere que certos traços da arquitetura do genoma são fortemente conservados.
Já as estruturas menores, chamadas alças de cromatina, contaram outra história. Elas se formam quando trechos distantes do DNA são aproximados no espaço tridimensional. Ao contrário dos domínios, as alças variaram bastante entre as espécies de cefalópodes, entre tecidos e entre estágios do desenvolvimento.
A localização dessas alças chamou a atenção. Muitas dessas conexões flexíveis apareciam perto de genes ligados a características marcantes dos cefalópodes, incluindo o desenvolvimento e o funcionamento do sistema nervoso. Para os autores, isso sugere que as estruturas menores e mais adaptáveis do genoma podem responder de forma especial a grandes rearranjos genéticos. Ao mudar quais regiões do DNA conseguem “conversar”, elas poderiam gerar novos padrões de atividade gênica e contribuir para a evolução de traços complexos.
Quando a forma do DNA ajuda a dirigir a evolução
A descoberta desafia a visão tradicional de que a arquitetura do genoma muda principalmente como consequência da evolução. Os resultados indicam que a própria organização física do DNA pode influenciar o rumo das mudanças evolutivas, como detalha o comunicado da Universidade de Viena.
No caso de polvos, lulas e sépias, os rearranjos antigos podem ter estabelecido redes regulatórias novas que contribuíram para o desenvolvimento de seus sistemas nervosos excepcionais. O trabalho, assinado por Rogers, pelo pesquisador Oleg Simakov e colegas, aponta uma dimensão muitas vezes esquecida da evolução.
Características extraordinárias podem depender não só dos genes que um organismo herda, mas também de como esses genes estão dispostos e conectados dentro da célula.
