Arquivo do mês: janeiro 2013

De onde veio o leite? A origem misteriosa da lactação em mamíferos

por Piter Kehoma Boll

Em postagens anteriores, eu falei sobre dois cientistas que apresentaram ideias “revolucionárias” para explicar certos aspectos em evolução, contradizendo o que outros especialistas costumam dizer. Mas eles propõem explicações tão improváveis e costumam ignorar tudo que contradiz suas ideias que ninguém os leva a sério. Você pode ler sobre eles aqui e aqui.

Hoje, contudo, falarei sobre outro cientista que teve ideias interessantes e inovadoras, mas muito mais prováveis e baseadas em muito mais evidências. Seu nome é Olav T. Oftedal e o assunto é a origem da lactação.

Como todos sabem, mamíferos são caracterizados principalmente pelo fato de as fêmeas alimentarem os filhotes através de secreções mamárias, a coisa que chamamos de “leite”. Mas como esse traço evoluiu na linhagem dos mamíferos?

Uma gata (Nani) com seus filhotes. Foto de Piter K. Boll*

Uma gata (Nani) com seus filhotes. Foto de Piter K. Boll*

Charles Darwin foi um dos primeiros a pensar numa explicação. Baseando-se em marsupiais, Darwin concluiu que os mamíferos evoluíram de animais que carregavam os ovos numa bolsa e os nutriam com secreções cutâneas. Sua ideia também foi inspirada por cavalos-marinhos, onde os ovos são carregados numa cavidade abdominal pelo macho e pensava-se que eles também poderiam ser nutridos por secreções cutâneas. Contudo a descoberta posterior de que o ornitorrinco, um dos mamíferos mais primitivos, põe ovos com casca e não possui bolsa marcou a ruína da teoria de Darwin e a origem da lactação. Mas… marcou mesmo?

Num artigo publicado em 2002 no Journal of Mammary Gland Biology and Neoplasia, Olav T. Oftedal levantou algumas questões interessantes e propôs uma explicação para a origem da lactação que é muito similar à proposta por Darwin um século e meio antes.

Como é sabido, mamíferos evoluíram de uma linhagem de amniotas chamados sinapsídeos, do qual eles são o único grupo ainda vivo, de forma que tudo sobre seus ancestrais precisa ser suposto através do registro fóssil.

Os ancestrais dos mamíferos costumam ser chamados de “répteis mamaliformes” ou “répteis semelhantes a mamíferos”, mas tal comparação está bem longe do que eles realmente eram. Os animais que chamamos de répteis – tartarugas, cobras, lagartos e crocodilos – são sauropsídeos, assim como as aves, e eles se divergiram dos sinapsídeos logo após a origem dos amniotas e provavelmente eram criaturas bem diferentes após alguns milhões de anos.

Vamos começar pensando sobre o que é um amniota. O clado “Amniota” compreende todos os tetrápodes vivos com exceção dos anfíbios, e eles são caracterizados pela presença de um conjunto de membranas envolvendo o embrião que auxilia na mobilização de nutrientes, na troca de gases e no armazenamento de produtos excretados pelo embrião, além de proteger o embrião dentro de um saco preenchido de fluido. Mas como eram os ovos desses primeiros amniotas?

Quando pensamos num ovo, costumamos pensar num ovo de ave, com uma casca calcificada, mas isso provavelmente não era o caso nos primeiros amniotas. Os ovos dos mamíferos atuais que põem ovos não possuem uma camada calcificada e é provável que a mesma só tenha evoluído na linhagem dos sauropsídeos.

Um ovo comum de galinha é a primeira coisa que vem à mente da maioria das pessoas quando ouvem a palavra "ovo". Foto de Sum Ladder*, extraída de commons. wikimedia.org

Um ovo comum de galinha é a primeira coisa que vem à mente da maioria das pessoas quando ouvem a palavra “ovo”. Foto de Sum Ladder*, extraída de commons. wikimedia.org

Ovos sem uma casca calcificada raramente fossilizam, e de fato não há ovos fósseis do Carbonífero, do Permiano e do começo do Triássico, isto é, durante toda a história dos sinapsídeos não-mamíferos.

Mas o que há de tão bom num ovo calcificado? Bem, uma camada de cálcio ajuda a prevenir a perda de água do embrião para o ambiente, seja pela redução da umidade relativa no ambiente ou pela diferença em temperatura. Répteis com um ovo não-calcificado costumam enterrar seus ovos em solo úmido onde a umidade relativa se aproxima de 100%, assim resolvendo o problema da perda de água. O aumento da aridez do final do Permiano até o Triássico pode ter favorecido a evolução de ovos calcificados, mas ainda não há evidências de ovos de sinapsídeos. Será que eles os enterravam em solo úmido como alguns répteis fazem hoje? É possível, mas…

Aves e mamíferos desenvolveram uma característica em comum: endotermia, isto é, “sangue quente”. Como sabemos, aves costumam incubar os ovos em temperaturas elevadas, assim acelerando o desenvolvimento do embrião. É bem possível, e provável, que os sinapsídeos fizessem o mesmo. Mas como dito, a diferença em temperatura entre o ovo e o ambiente também leva à perda de água. Em aves, a casca calcificada resolve o problema, mas os sinapsídeos não pareciam ter essa vantagem.

Observando ovos não calcificados em cobras e lagartos, é possível notar que eles aumentam em massa de 10 a 100% depois de postos. Isso acontece devido à absorção de água do ambiente e, como a casca não é rígida, o ovo também pode aumentar de volume, algo que não pode acontecer em ovos de casca rígida.

De acordo com a absorção de água, os ovos podem ser classificados em endoídricos e ectoídricos. Ovos endoídricos contêm toda a água que o embrião precisa para o desenvolvimento quando são postos, enquanto ovos ectoídricos precisam absorver água do ambiente. Em ovos não calcificados, isso depende primariamente do tamanho do ovo. Ovos grandes podem ter água suficiente para sustentar o embrião mesmo que ocorra certa perda de água, visto que a razão superfície:volume é baixa, mas o mesmo não pode ser aplicado a ovos pequenos. E sabe-se que os primeiros mamíferos, e portanto também seus ancestrais diretos, eram criaturas bem pequenas.

Assim o que temos é um animal com ovos não calcificados sujeitos à desidratação e uma temperatura corporal que pode ajudar a acelerar o desenvolvimento do embrião. Como juntar essas duas coisas?

O mamífero ovíparo équidna e alguns marsupiais possuem uma bolsa abdominal que retém os ovos ou recém-nascidos. É sabido que as équidnas-de-bico-curto incubam seus ovos na bolsa. Ornitorrincos fêmeas não possuem uma bolsa, mas incubam os ovos ao curvar a cauda achatada de forma que ela toque o abdome, formando um compartimento similar a uma bolsa. Dentro dessa bolsa, secreções cutâneas do abdome da fêmea manteriam os ovos úmidos, assim prevenindo a desidratação.

Um ovo de équidna na bolsa. (Encontrei essa imagem na internet sem qualquer informação sobre o autor e tal).

Um ovo de équidna na bolsa. (Encontrei essa imagem na internet sem qualquer informação sobre o autor e tal).

Um problema em reter ovos numa bolsa é que isso limita a mobilidade da mãe. Para resolver este problema, os ovos poderiam ficar parte do tempo na bolsa para serem hidratados e então removidos até ser necessária uma nova hidratação. Isso poderia libertar a fêmea de carregar os ovos consigo o tempo todo e também aumentar o tamanho da ninhada além do número de ovos que cabem na bolsa. Essa situação favoreceria fêmeas com maior quantidade de secreções cutâneas.

Uma vez que os ovos eclodam, os filhotes também poderiam usar a secreção como fonte de alimento, o que levaria a um aumento progressivo do valor nutritivo da secreção até atingir o status de leite.

Faz sentido, não é? Não contradiz nenhuma evidência sobre a evolução dos mamíferos e é baseado em evidências verdadeiras de fósseis e comparações com muitos grupos viventes.

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Referências:

Oftedal, O. T. 2002. The origin of lactation as a water source for parchment-shelled eggs. Journal of mammary gland biology and neoplasia, 7 (3), 253-66

Oftedal, O. T. 2002. The mammary gland and its origin during synapsid evolution. Journal of mammary gland biology and neoplasia, 7 (3), 225-52

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Sexta Selvagem: Verme-tubo-gigante

por Piter Kehoma Boll

Vamos mergulhar fundo no oceano e falar desse animal incrível, o verme-tubo-gigante Riftia pachyptila. Inicialmente classificado em um filo separado, Vestimentifera, hoje ele é incluindo em uma família de anelídeos chamada Sibloginidae. Seu nome comum vem do fato de que ele pode atingir um comprimento de 2.4 metros, sendo um verme bem grande.

Vermes-tubo-gigantes Riftia pachyptila. Foto extraída de planeterde.de

Vermes-tubo-gigantes Riftia pachyptila. Foto extraída de planeterde.de

Endêmico das áreas hidrotermais do mar profundo no Oceano Pacífico, estes vermes são adaptados a tolerar as altas temperatura e pressão, além dos altos níveis de sulfeto de hidrogênio, em seu ambiente. Com o corpo protegido por um tubo de quitina que pode atingir 3 metros de comprimento, a única parte exposta é uma estrutura vermelha, a pluma branquial, altamemte vascularizada e rica em um completo de hemoglobina de massa molecular elevada.

Abaixo das plumas se encontra o vestimento, uma região muscular que abriga o cérebro e o coração e é responsável pela extensão e o recolhimento da pluma. O nome do antigo filo compreendendo esta espécie, Vestimentifera, se refere a essa estrutura.

Após o vestimento está o tronco e após este o opistossoma, o qual ancora o animal ao tubo.

A pluma é usada para transportar oxigênio, dióxido de carbono e sulfetos para dentro do corpo do animal, o qual, no entanto, não possui boca nem intestino.

Um verme fora do tubo. Foto extraída de spineless.ucsd.edu

Um verme fora do tubo. Foto extraída de spineless.ucsd.edu

Para adquirir nutrientes, o verme-tubo-gigante hospeda uma gama-proteobactéria quimiolitoautotrófica endossimbionte dentro do trofossoma, uma órgão ricamente vascularizado no tronco que constitui uma adaptação morfológica específica para abrigar as bactérias simbiontes. Os sulfetos são transportados pelo verme do ambiente para os simbiontes, os quais possuem um sistema respiratório oxidador de enxofre e assim podem produzir energia metabólica para eles mesmos e para o verme.

A associação entre o verme-tubo-gigante e suas bactérias quimioautotróficas foi a primeira desse tipo descoberta mais de 30 anos atrás por Cavanaugh et al. e é atualmente o melhor estudado, mas muitas questões sobre detalhes desta relação, incluindo a aquisição das bactérias por vermes jovens, ainda precisam ser respondidas.

Como o verme não possui um sistema digestivo, sua nutrição depende inteiramente de suas bactérias simbiontes e todas as adaptações anatômicas designadas para permitir esta associação fazem este um exemplo muito bom de coevolução e nos faz pensar que não há limites para a vida se adaptar.

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Referências:

Lopez-Garcia, P., Gaill, F., & Moreira, D. (2002). Wide bacterial diversity associated with tubes of the vent worm Riftia pachyptila. Environmental Microbiology, 4 (4), 204-215 DOI: 10.1046/j.1462-2920.2002.00286.x

Minic, Z., & Hervé, G. 2004. Biochemical and enzymological aspects of the symbiosis between the deep-sea tubeworm Riftia pachyptila and its bacterial endosymbiont. European Journal of Biochemistry, 271 (15), 3093-3102 DOI: 10.1111/j.1432-1033.2004.04248.x

Stewart FJ, & Cavanaugh CM 2006. Symbiosis of thioautotrophic bacteria with Riftia pachyptila. Progress in molecular and subcellular biology, 41, 197-225 PMID: 16623395

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