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Xenoturbella, um grupo crescente de esquisitões

Read it in English

por Piter Kehoma Boll

Vocês podem nunca ter ouvido falar da Xenoturbella, e eu não os culpo por isso. Apesar de ser uma característica fascinante da evolução, pouco é conhecido sobre ela e sua mágica tem sido escondida de muitos de nós.

A primeira Xenoturbella foi descrita em 1949 e chamada Xenoturbella bocki. Nesse tempo, ela era considerada um platelminto estranho, de onde seu nome, do grego xenos, estranho + turbella, de Turbellaria, os platelmintos de vida livre. Xenoturbella bocki é um animal marinho medindo até 3 cm de comprimento e se parecendo com um verme dobrado, porque seu corpo possui uma série de dobras correndo longitudinalmente que o fazem ter um formato de W em seção transversal.

Encontrada nas águas frias em torno do norte da Europa, seu corpo carece de um sistema nervoso centralizado, tendo apenas uma rede de neurônios dentro da epiderme. Também não há órgãos reprodutores ou qualquer coisa parecida com um rim ou outro órgão além de uma boca e um intestino e algumas estruturas na superfície.

Por décadas, X. bocki era a única espécie de Xenoturbella conhecida por nós. Uma segunda espécie foi descrita em 1999 como X. westbladi, mas análises moleculares revelaram que ela era a mesma espécie que X. bocki, então continuávamos tendo apenas uma espécie.  Graças a estudos moleculares, também descobrimos que Xenoturbella não é um platelminto de forma alguma, mas pertence a um grupo de animais bilaterais muito primitivos, estando proximamente relacionada a outro grupo de ex-platelmintos, os acelomorfos. Juntos, Xenoturbella e os acelomorfos (um bom nome para uma banda de rock, não é?), formam um grupo chamado Xenacoelomorpha.

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Xenoturbella churro, “cabeça” para a direita. Foto de Greg Rouse.*

Formando seu próprio filo (ou talvez classe se for agrupada em um filo único com os acelomorfos) chamado Xenoturbellida, X. bocki recentemente descobriu que não está sozinha no mundo. Em 2016, quatro novas espécies foram descritas das águas do Oceano Pacífico próximo às costas do México e dos EUA, sendo chamadas Xenoturbella monstrosaX. churroX. profundaX. hollandorum. Considerando-se o pequeno tamanho de X. bocki, algumas dessas eram monstros, especialmente X. monstrosa, que atinge 20 cm de comprimento!

Quatro novas espécies foi um achado e tanto. O filo subitamente era cinco vezes maior que antes. Sendo alguém particularmente interessado em grupos obscuros de animais, especialmente daqueles que outrora foram membros do adorável filo Platyhelminthes, eu fiquei muito animado com essa descoberta, mas não estava esperando o que aconteceria depois disso.

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Foto do único espécime conhecido de Xenoturbella japonica até agora. “Cabeça” para a esquerda. Créditos a Nakano et al. (2017).*

Em dezembro de 2017, mais uma espécie foi encontrada, dessa vez do outro lado do pacífico, perto do Japão. Chamada de Xenoturbella japonica, o quinto membro do gênero Xenoturbella é muito bem-vindo. A nova espécie foi baseada em dois espécimes, um espécime adulto “fêmea” (eles são hermafroditas? Não acho que podemos ter certeza ainda…) e um espécime jovem. Outra coisa empolgante é que o jovem pode na verdade ser ainda outra espécie! Mas precisamos de mais material para confirmar.

Você pode ler o artigo descrevendo Xenoturbella japonica aqui.

Veja também: Acoelomorpha, uma dor de cabeça filogenética.

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Referências:

Nakano, H.; MIyazawa, H.; Maeno, A.; Shiroishi, T.; Kakui, K.; Koyanagi, R.; Kanda, M.; Satoh, N.; Omori, A.; Kohtsuka, H. (2017) A new species of Xenoturbella from the western Pacific Ocean and the evolution of XenoturbellaBMC Evolutionary Biology17: 245. https://doi.org/10.1186/s12862-017-1080-2

Rouse, G.W.; Wilson N.G.; Carvajal, J.I.; Vrijenhoek, R.C. (2016) New deep-sea species of Xenoturbella and the position of Xenacoelomorpha. Nature, 530:94–7. doi:10.1038/nature16545.

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Sexta Selvagem: Besouro-de-casaco-marrom-e-ouro

por Piter Kehoma Boll

É hora do nosso próximo besouro. Para a Sexta Selvagem de hoje escolhi o Ontholestes cingulatus ou, como eu o apelidei, o besouro-de-casaco-marrom-e-ouro. Os besouros-de-casaco, cientificamente chamados de Staphylinidae (estafilinídeos), são a segunda família mais numerosa de besouros depois dos gorgulhos. Sua característica mais marcante é que os élitros são curtos, não cobrindo o abdome na maior parte das vezes. Eu sempre digo que isso faz parecer que eles estão vestindo um casaquinho, assim decidi denominá-los de besouros-de-casaco. Se você encontrar um besouro comprido com élitros curtos lembrando um casaco, muito provavelmente é um besouro-de-casaco.

O besouro-de-casaco-marrom-e-ouro é encontrando através da América do Norte e é um predador, assim como grande parte dos besouros-de-casco. Ele geralmente é encontrado perto de carniça e esterco, mas não é um detritívoro. O que ele faz é predar as larvas de moscas que estão se alimentando do material em decomposição.

Ontholestes_cingulatus

Um adulto mostrando a bela “cauda” dourada. Foto de Bruce Marlin.*

O besouro-de-casaco-marrom-e-ouro tem de 12 a 20 mm de comprimento e é quase todo marrom, mas os últimos segmentos do abdome, bem como a parte inferior do tórax, possuem uma bela e brilhante coloração dourada.

O comportamento de acasalamento do besouro-de-casaco-marrom-e-ouro é interessante. Geralmente o macho fica em volta da fêmea depois de copular com ela de maneira a guardá-la de outros machos. Este comportamento costuma terminar logo depois que a fêmea pôs os ovos, visto que a partir deste ponto o macho pode ter certeza de que é o pai das crianças. Desempenhar este comportamento de guarda é custoso para o macho, já que ele poderia estar usando esse tempo para copular com outra fêmea. Mas como fêmeas receptivas são um tanto raras, é mais vantajoso assegurar a paternidade da prole de pelo menos uma fêmea do que arriscar perder tudo.

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Referências:

Alcock, J. (1991). Adaptive mate-guarding by males of Ontholestes cingulatus (Coleoptera: Staphylinidae)Journal of Insect Behavior, 4 (6), 763-771 DOI:10.1007/BF01052230

BugGuide. Species Ontholestes cingulatus – Gold-and-Brown Rove Beetle. Disponível em: < http://bugguide.net/node/view/9548 >. Acesso em 1 de agosto de 2016.

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Esta obra está licenciada sob uma Licença Creative Commons de Atribuição e Compartilhamento Igual 3.0 Não Adaptada.

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Conflito de Gênero: Quem é o homem na relação?

por Piter Kehoma Boll

Todo mundo com algum conhecimento em evolução ouviu falar de conflito sexual, como machos e fêmeas têm diferentes interesses durante a reprodução, e seleção sexual, isto é, como um sexo pode influenciar a evolução do outro.

Organismos sexuais são quase sempre definidos pela presença de dois sexos: masculino e feminino. O sexo masculino é aquele que produz o menor gameta (célula sexual) e o sexo feminino é aquele que produz o maior gameta. O gameta masculino é geralmente produzido em grande quantidade, porque como é pequeno, é barato de fabricar. Por outro lado, o gameta feminino é produzido em pequena quantidade, porque seu grande tamanho o torna um gameta caro.

Uma imagem clássica de um gameta masculino (espermatozoide) chegando a um gameta feminino (ovócito) durante a fertilização. Veja a impressionante diferença em tamanho.

Uma imagem clássica de um gameta masculino (espermatozoide) chegando a um gameta feminino (ovócito) durante a fertilização. Veja a impressionante diferença em tamanho.

Como pode-se ver facilmente, a fêmea põe muito mais recursos na produção de um único descendente que um macho. Como resultado, as fêmeas costumam ser muito seletivas em relação a quem terá a honra de fertilizar seus ovos. Os machos precisam provar que são merecedores da paternidade, e a escolha da fêmea, através das gerações, aumenta características masculinas que elas julgam atraentes. Um exemplo clássico é o pavão.

O pavão é um dos exemplos mais famosos de como a seleção sexual pode guiar a evolução de espécies dioicas. Foto de Oliver Pohlmann.

O pavão é um dos exemplos mais famosos de como a seleção sexual pode guiar a evolução de espécies dioicas. Foto de Oliver Pohlmann.

Existem muitas exceções, é claro, a maioria delas guiadas pelo ambiente social das espécies ou devido a um ambiente natural incomum que possa aumentar o investimento masculino. Mas tudo isso se refere a espécies dioicas, isto é, espécies as quais machos e fêmeas são organismos separados. Mas o que acontece se você é parte de uma espécie hermafrodita, portanto sendo macho e fêmea ao mesmo tempo? Você simplesmente acasala com todo mundo? São todos versáteis todas as vezes que vão pra cama?

Bem, há uma grande diversidade nestes organismos, mas todos os princípios do conflito sexual ainda são válidos. Mesmo que você seja macho e fêmea ao mesmo tempo, você ainda tem o desejo de fertilizar tantos ovos quanto possível com seu esperma barato enquanto escolhe com cuidado quem é digno de fertilizar seus próprios ovos. O grande problema é que todos os outros querem o mesmo.

"Vamos lá, benzinho. Me deixa te fertilizar." "Você vai me deixar te fertilizar também?" Foto de Jangle1969, usuário do Wikimedia.*

“Vamos lá, benzinho. Me deixa te fertilizar.”
“Você vai me deixar te fertilizar também?”
Foto de Jangle1969, usuário do Wikimedia.*

Imagine que você é um hermafrodita com um punhado de ovos caros e um montão de esperma barato. Você está interessado em copular e sai para a caçada. Eventualmente você encontra outro indivíduo com as mesmas intenções. Vocês se olham nos olhos, se aproximam e começam a conversar. Vamos supor que você não achou o outro muito atraente para ser o pai dos seus filhos, mas você quer ser o pai dos filhos dele.

“Então, quais são suas preferências?” você pergunta.
“No momento eu quero ser o macho” responde o outro.

“Droga!”, você pensa. Vocês dois querem a mesma coisa. Vocês querem desempenhar o mesmo papel sexual, de forma que há um conflito de interesses ou, como é chamado, um “conflito de gênero”. Neste caso, em se tratando de comportamento sexual em biologia, a palavra gênero se refere ao papel que você desempenha no sexo. Quem vai ser o homem da relação?

Diante desse conflito, este dilema do hermafrodita, vocês dois precisam achar uma solução. Há quatro possíveis desfechos:

1. Você insiste em ser o macho e seu parceiro aceita fazer o papel de fêmea contra sua vontade. Você vence, o outro perde.
2. Seu parceiro insiste em ser o macho e você aceita fazer o papel de fêmea contra sua vontade. O outro vence, você perde.
3. Vocês dois insistem em ser o macho. O sexo não acontece e vocês dois vão para casa sem terem ido para a cama.
4. Vocês dois aceitam desempenhar os dois papéis. O sexo acontece e vocês entregam seu esperma com sucesso, mas são forçados a aceitar o esperma do outro cara também.

O pior para você é não ser capaz de entregar seu esperma, como queria. Assim 2 e 3 são os piores desfechos. 1 é o melhor desfecho para você, mas como você vai convencer seu parceiro a ser o perdedor? Assim, a melhor solução para todos é a 4. Nenhum dos dois está completamente feliz nem completamente frustrado.

As minhocas usam a posição 69 para trocar esperma. Foto de Beentree, usuário do Wikimedia.*

As minhocas usam a posição 69 para trocar esperma. Foto de Beentree, usuário do Wikimedia.*

Mas isso é o fim? Não necessariamente. O comportamento de acasalamento mais estável numa população é de fato aceitar fazer os dois papéis, mas as coisas podem continuar depois de você dar um beijo de despedida no seu companheiro. Agora você precisa lidar com seleção pós-copulatória.

Você fez sexo, entregou seu esperma, mas recebeu esperma em troca. Um esperma de baixa qualidade, em sua opinião. Você não vai deixá-lo fertilizar seus ovos, vai? Claro que não! Assim, tão logo seu parceiro sumiu de vista, você simplesmente cospe o esperma antes que ele atinja seus ovos! Ele nunca vai saber.

Um par de platelmintos, Macrostomum sp., acasalando. Veja como o branco, ao final, se curva sobre si mesmo e suga o esperma do outro cara para fora do poro feminino de forma a se livrar dele. Imagem extraída de Schärer et al. (2004) [veja referências].

Um par de platelmintos, Macrostomum sp., acasalando. Veja como o branco, ao final, se curva sobre si mesmo e suga o esperma do outro cara para fora do poro feminino de forma a se livrar dele. Imagem extraída de Schärer et al. (2004) [veja referências].

E assim você passou a perna no seu parceiro! Você aceitou receber o esperma dele em troca do seu próprio, mas depois você o descartou assim que seu parceiro foi embora. Você é demais! Certo? Mas… espera! E se ele fez o mesmo? E se o seu esperma também foi descartado?

Você não pode arriscar isso. Isso seria pior do que não ter copulado pra início de conversa, porque você teria desperdiçado energia e esperma por nada! Mas como garantir que o esperma permaneça onde deve estar?

Uma estratégia é incluir algumas cerdas rígidas em seus espermatozoides de forma que eles se prendam à parede interna da cavidade feminina e não possam ser removidos. Os espermatozoides funcionam como espinhos que entram facilmente mas são muito difíceis de serem puxados de volta. É isso que alguns platelmintos fazem.

Duas estratégias usadas por espécies de Macrostomum para forçar o parceiro a pegar seu esperma. (A) Uma espécie na qual dois indivíduos trocam esperma, mas depois tentam se livrar do esperma do parceiro, evoluíram espermatozoides com cerdas que os seguram na cavidade feminina. (B) Outras espécies evoluíram um comportamento mais agressivo, no qual eles injetam o esperma no parceiro usando um estilete (pênis) com uma ponta afiada capaz de perfurar o corpo. Neste caso não há necessidade de ter espermatozoides com cerdas.

Duas estratégias usadas por espécies de Macrostomum para forçar o parceiro a pegar seu esperma. (A) Uma espécie na qual dois indivíduos trocam esperma, mas depois tentam se livrar do esperma do parceiro, evoluíram espermatozoides com cerdas que os seguram na cavidade feminina. (B) Outras espécies evoluíram um comportamento mais agressivo, no qual eles injetam o esperma no parceiro usando um estilete (pênis) com uma ponta afiada capaz de perfurar o corpo. Neste caso não há necessidade de ter espermatozoides com cerdas. Imagem extraída de Schärer et al. (2011) [veja referências]

Outras espécies evoluíram uma abordagem mais agressiva. Elas armaram seus pênis com uma ponta afiada que perfura o corpo do parceiro, forçando-o a receber o esperma. O esperma é injetado nos tecidos do parceiro e nada em direção aos ovos.

Ambas as estratégias podem parecer soluções maravilhosas para o macho, mas lembre-se de que eles são hermafroditas, então tudo pode ser usado contra eles mesmos! E esse é o grande dilema do hermafrodita, ou o paradoxo final do hermafrodita. Eles estão constantemente tentando vencer a si mesmos.

A evolução não é incrível?

Veja também: Endosperma: o pivô do conflito sexual em angispermas.

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Referências e leitura complementar:

Anthes, N., Putz, A., & Michiels, N. (2006). Hermaphrodite sex role preferences: the role of partner body size, mating history and female fitness in the sea slug Chelidonura sandrana Behavioral Ecology and Sociobiology, 60 (3), 359-367 DOI: 10.1007/s00265-006-0173-5

Janicke, T., Marie-Orleach, L., De Mulder, K., Berezikov, E., Ladurner, P., Vizoso, D., & Schärer, L. (2013). SEX ALLOCATION ADJUSTMENT TO MATING GROUP SIZE IN A SIMULTANEOUS HERMAPHRODITE Evolution, 67 (11), 3233-3242 DOI: 10.1111/evo.12189

Leonard, J. (1990). The Hermaphrodite’s Dilemma Journal of Theoretical Biology, 147 (3), 361-371 DOI: 10.1016/S0022-5193(05)80493-X

Leonard, J., & Lukowiak, K. (1991). Sex and the simultaneous hermaphrodite: testing models of male-female conflict in a sea slug, Navanax intermis (Opisthobranchia) Animal Behaviour, 41 (2), 255-266 DOI: 10.1016/S0003-3472(05)80477-4

Marie-Orleach, L., Janicke, T., & Schärer, L. (2013). Effects of mating status on copulatory and postcopulatory behaviour in a simultaneous hermaphrodite Animal Behaviour, 85 (2), 453-461 DOI: 10.1016/j.anbehav.2012.12.007

Schärer, L., Joss, G., & Sandner, P. (2004). Mating behaviour of the marine turbellarian Macrostomum sp.: these worms suck Marine Biology, 145 (2) DOI: 10.1007/s00227-004-1314-x

Schärer, L., Littlewood, D., Waeschenbach, A., Yoshida, W., & Vizoso, D. (2011). Mating behavior and the evolution of sperm design Proceedings of the National Academy of Sciences, 108 (4), 1490-1495 DOI: 10.1073/pnas.1013892108

Schärer, L., Janicke, T., & Ramm, S. (2015). Sexual Conflict in Hermaphrodites Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 7 (1) DOI: 10.1101/cshperspect.a017673

Wethington, A., & Dillon, JR, R. (1996). Gender choice and gender conflict in a non-reciprocally mating simultaneous hermaphrodite, the freshwater snail,Physa Animal Behaviour, 51 (5), 1107-1118 DOI: 10.1006/anbe.1996.0112

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Esta obra está licenciada sob uma Licença Creative Commons de Atribuição e Compartilhamento Igual 3.0 Não Adaptada.

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Briga Biológica: O misterioso colecionador de pipas

por Piter Kehoma Boll

Um fóssil descrito recentemente a partir do Lagerstätte do Siluriano de Herefordshire, no Reino Unido, chamou muita atenção.

Uma foto do fóssil em si. Imagem de Briggs et al., extraída de news.nationalgeographic.com

Uma foto do fóssil em si. Imagem de Briggs et al., extraída de news.nationalgeographic.com

A aparência da criatura foi construída escaneando-se a rocha e criando uma reconstrução 3D do fóssil. Isso revelou que o animal, obviamente um artrópode, possui várias criaturas menores presas por longos fios, como pipas. A espécie foi chamada de Aquilonifer spinosus, significando “o carregador de pipas espinhoso”.

Uma reconstrução 3D de comoAquilonifer e suas pipas teriam parecido. Imagem de Briggs et al. extraída de sci-news.com

Uma reconstrução 3D de comoAquilonifer e suas pipas teriam parecido. Imagem de Briggs et al. extraída de sci-news.com

Os autores (Briggs et al., 2016) pensaram em três possibilidades para explicar as incomuns “pipas”. Elas poderiam ser parasitas, forontes (isto é, caroneiros), ou bebês. A ideia de parasitas foi descartada porque fios tão longos separando-os do hospedeiro tornariam difícil alimentar-se propriamente. Eles também consideraram improvável ser um caso de forontes, isto é, uma espécie que usa o hospedeiro como uma forma de se mover de um local para o outro, porque havia muitos deles e o hospedeiro provavelmente os teria removido usando as longas antenas.

Impressão artística de Aquilonifer spinosus por Andrey Atuchin.

Impressão artística de Aquilonifer spinosus por Andrey Atuchin.

A opção remanescente é de que as pipas fossem prole. A mãe (ou pai) os prenderia a si de forma a carregá-los por aí em uma forma única de cuidado parental. Os autores o compararam com vários outros grupos de artrópodes nos quais algumas espécies levam seus bebês consigo durante os primeiros dias. Eles também consideram que o animal poderia ter adiado seu processo de muda para evitar descartar os filhotes com o exoesqueleto.

Mas podemos ter certeza de que é esse o caso? O entomólogo Ross Piper pensa diferente. Ele compara as pipas com ácaros uropodinos, nos quais os jovens (deutoninfas) se prendem a besouros por longos pedúnculos de forma a serem transportados de uma fonte de alimento para outra. Como existem ácaros marinhos, esse poderia ser o caso. Ele também aponta que as pipas estão espalhadas pelo corpo, o que torna improvável que sejam filhotes, já que tal distribuição só atrapalharia a mobilidade do pai ou da mãe.

Briggs et al. responderam à crítica de Piper argumentando que ácaros marinhos só evoluíram recentemente e que o Aquilonifer é muito diferente de um besouro terrestre. Ele provavelmente era uma espécie bentônica, rastejando no fundo do oceano, e não um nadador, de forma que ele não seria um bom agente dispersor.

Qual a sua opinião? Eu acho difícil escolher um lado. A comparação de Piper com ácaros é interessante, mas apenas como uma forma de sugerir uma evolução convergente. Não consigo ver como as pipas seriam realmente ácaros ou mesmo aracnídeos. Agora o argumento sobre a posição das pipas no corpo é um bom ponto. Nenhum outro grupo de animais carrega os filhotes presos a longos pedúnculos espalhados por todo o corpo. Além disso, como o pai ou a mãe colocariam os filhotes lá de forma apropriada? Só consigo ver isso sendo plausível se o hospedeiro fosse o pai e a mãe subisse nele para prender os ovos ali. Ademais, eles não poderiam ser forontes que eram benéficos ao hospedeiro? Os pequeninos poderiam se beneficiar por se moverem por aí no grandão e assim atingir novas fontes de alimento enquanto davam proteção ou outra vantagem em troca. E quanto ao adiamento da muda no esqueleto, não consigo ver qualquer evidência de que houve algum adiamento. Não sabemos quanto tempo as pipas ficaram ali e talvez depois da muda elas poderiam simplesmente deixar suas casinhas e construir novas no novo esqueleto do hospedeiro.

Talvez nunca saibamos a verdade, mas podemos seguir trocando ideias.

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Referências:

Briggs, D., Siveter, D., Siveter, D., Sutton, M., & Legg, D. (2016). Tiny individuals attached to a new Silurian arthropod suggest a unique mode of brood care Proceedings of the National Academy of Sciences, 113 (16), 4410-4415 DOI: 10.1073/pnas.1600489113

Briggs, D., Siveter, D., Siveter, D., Sutton, M., & Legg, D. (2016). Reply to Piper: Aquilonifer’s kites are not mitesProceedings of the National Academy of Sciences, 113 (24) DOI: 10.1073/pnas.1606265113

Piper, R. (2016). Offspring or phoronts? An alternative interpretation of the “kite-runner” fossil Proceedings of the National Academy of Sciences, 113 (24) DOI: 10.1073/pnas.1605909113

Switek, B. 2016. This bizarre creature flew its babies like kites. National Geographic News. Available at < http://news.nationalgeographic.com/2016/04/160404-bizarre-creature-flew-babies-kites-arthropod-fossils-science/ >. Access on July 07, 2016.

 

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Por que timina no lugar da uracila?

por Piter Kehoma Boll

(Esta postagem foi inicialmente publicada no meu blog Poisor Tristesi, agora quase inativo. Uma versão em inglês também foi publicada no Earthling Nature)

Anos atrás, enquanto eu estava na aula de Técnicas de Diagnóstico Molecular, uma dúvida interessante brotou: por que o DNA usa timina ao invés de uracila, como faz o RNA?

Espero que todos lendo isso conheçam ácidos nucleicos e saibam a diferença entre DNA e RNA. Uma revisão rápida:

RNA (ácido ribonucleico) é um polímero feito de ribonucleotídeos, moléculas compostas feitas de três partes ou moléculas menores: uma base nitrogenada (adenina, uracila, citosina ou guanina), um açúcar ribose e um grupo fosfato.

DNA (ácido desoxirribonucleico) é similar, mas ao invés de uracila ele tem timina, e ao invés de ribose ele tem desoxirribose, de forma que ele é formado de desoxirribonucleotídeos. Outra diferença é que o DNA é uma cadeia dupla torcida helicoidalmente, onde duas bases nitrogenadas (uma de cada cadeia) são conectadas. Adenina é sempre conectada com timina e citosina sempre com guanina, de forma que uma cadeia sempre depende da outra.

Atualmente é aceito que o RNA foi o primeiro ácido nucleico a existir e que o DNA evoluiu dele, de forma que diferenças no açúcar e nas bases nitrogenadas devem ter alguma vantagem.

Para entender isso, vamos dar uma olhada na estrutura da uracila:

Uracila

Uracila

A única diferença entre ela e a timina é a presença de um grupo metil na timina:

Timina

Timina

De fato, a timina também é chamada de 5-metiluracila. Mas vamos à explicação:

Enquanto nucleotídeos são sintetizados, os nucleotídeo-monofosfatos (NMPs), isto é, o conjunto base nitrogenada + açúcar + fosfato é desidroxilado, criando 2′-desoxi-nucleotídeo-monofosfatos (dNMPs), isto é, GMP, AMP, CMP e UMP (para guanina, adenina, citosina e uracila) são modificados para dGMP, dAMP, dCMP e dUMP.

Esta modificação por desidroxilação demonstrou que ela torna as ligações fosfodiéster (as ligações entre fosfatos e o açúcar) menos suscetíveis a hidrólise e dano por radiação UV. Ela assegura que a molécula de DNA não será tão facilmente quebrada quanto uma molécula de RNA, o que é muito útil visto que o DNA carrega toda a informação para construir o organismo.

Depois da desidroxilação dos nucleotídeo-monofosfatos, o próximo passo, catalizado por ácido fólico, adiciona um grupo metil à uracila para formar uma timina, assim transformando dUMP em dTMP.

Há muitas explicações para isso:

1. Apesar da tendência da uracila de se parear com adenina, ela também pode se parear com outras bases, incluindo ela própria. Adicionando um grupo metil (que é hidrofóbico) e transformando-a em timina, sua posição é reorganizada na dupla-hélice, não permitindo que esses pareamentos errados occorram.

2. A citosina pode desaminar para se transformar em uracila. Você pode ver na imagem abaixo que a única diferença entre elas é a mudança de um O na uracila para um NH2 na citosina. O problema é que, se a uracila fosse um componente do DNA, os sistemas de reparos não seriam capazes de distinguir uma uracila original de uma uracila originada por desaminação de citosina. Assim usar timina no lugar torna a situação mais fácil e mais estável, já que qualquer uracila dentro do DNA precisa vir de uma citosina e assim ela pode ser substituída por uma nova citosina.

Citosina

Citosina

Isso não evoluiu para esse propósito, é claro. A evolução não pode predizer o que acontece. Provavelmente durante os primeiros estágios da vida, um erro eventual mudou a uracila para timina e se mostrou mais estável para levar a informação, visto que tal molécula não seria destruída tão facilmente e assim seria bem-sucedida para passar seu “layout” para a próxima geração.

Isso me fazer pensar… Será que uma forma de vida alienígena encontrou uma maneira alternativa de lidar com a instabilidade do RNA (ou algo equivalente)?

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Principal Referência:

Jonsson, J. (1996). The Evolutionary Transition from Uracil to Thymine Balances the Genetic Code Journal of Chemometrics, 10, 163-170 DOI: 10.1002/(SICI)1099-128X(199603)10:2

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Arquivado em Biologia Molecular, Evolução

Libélulas machos não são tão violentas quanto se pensava

por Piter Kehoma Boll

Machos e fêmeas são definidos por seus gametas. Machos possuem gametas minúsculos, geralmente móveis, enquanto fêmeas possuem gametas muito grandes que geralmente não se movem. Isso significa que fêmeas produzem menos gametas, mas investem muitos recursos em cada um, isto é, os gametas femininos são caros. Por outro lado, os gametas masculinos são muito baratos, pequenos e produzidos em grandes quantidades. Como resultado dessas diferenças, machos e fêmeas têm diferentes interesses durante o sexo.

Como fêmeas produzem gametas mais caros e menos numerosos, elas tendem a ser muito seletivas sobre quem elas deixam fertilizá-los. Mas machos se beneficiam de fertilizar cada gameta feminino que encontram no caminho. Em outras palavras, as fêmeas querem qualidade e os machos querem quantidade. Essa diferença de interesses é chamada conflito sexual e é uma poderosa força evolutiva.

Uma adaptação evolutiva que tem sido vista como resultado de conflito sexual é o sistema de acasalamento em odonatos (libélulas e donzelinhas). Durante o sexo, uma libélula macho agarra o pescoço da fêmea usando um aparato de agarramento no final de seu abdome. A fêmea é então induzida a conectar a ponta do seu abdome aos segundo e terceiro segmentos do abdome do macho, onde o esperma está armazenado. O casal então voa junto em uma formação em forma de coração.

Duas libélulas da espécie Rhionaeschna multicolor copulando. O macho é o azul, que está agarrando o pescoço da fêmea e fazendo-a tocar a ponta do seu abdome aos segundo e terceiro segmentos abdominais do macho, onde o esperma está armazenado. Foto de Eugene Zelenko.

Duas libélulas da espécie Rhionaeschna multicolor copulando. O macho é o azul, que está agarrando o pescoço da fêmea e fazendo-a tocar a ponta do seu abdome aos segundo e terceiro segmentos abdominais do macho, onde o esperma está armazenado. Foto de Eugene Zelenko.

Pensava-se que o aparato de agarramento do macho forçasse uma fêmea relutante a copular com ele, sugerindo que o órgão evoluiu através de conflito sexual. O fato de que os machos geralmente agarram as fêmeas bem antes de elas aceitarem acasalar e continuam a segurá-las um bom tempo depois que a cópula terminou (prevenindo-a de acasalar com outros machos) parece ser uma boa evidência para essa teoria. Se isso é verdade, então a fêmea tentaria se livrar do macho, selecionando aparatos maiores e mais fortes em machos, já que esses seriam mais eficientes em segurar a fêmea e, como resultado, deixariam mais descendentes.

Em estudo publicado ano passado testou essa hipótese. Córdoba-Aguillar et al. (2015) avaliaram a alometria (o tamanho proporcional de uma estrutura em relação ao tamanho corporal) do aparato de agarramento dos machos em várias espécies de libélulas. Se machos forçassem as fêmeas a copular, uma relação hiperalométrica deveria ser esperada.

O que isso significa? Bem, vamos tentar explicar da forma mais simples. Quando você joga dados do tamanho de uma estrutura de acordo com o tamanho do corpo como um todo em um gráfico, usando valores que levem a uma relação linear, você pode ter diferentes resultados. A estrutura pode aumentar de tamanho da mesma forma que o corpo, em uma relação 1:1. Neste caso, a linha no gráfico é dita ter uma inclinação igual a 1 e há uma relação isométrica da estrutura para com o corpo. Se a inclinação é maior que um, isso significa que a estrutura cresce mais depressa que o corpo, tendo uma relação hiperalométrica. Se a inclinação é menor que um (mas maior que zero), a relação é hipoalométrica e a estrutura cresce mais devagar que o corpo.

allometryAs medidas dos aparatos de agarramento em libélulas em geral mostraram uma relação isométrica. Assim, de acordo com essa abordagem, a estrutura não evoluiu como uma “arma” para subjugar fêmeas. Mas que outras explicações podem existir então? Ela poderia ser uma ferramenta de cortejo, uma forma de o macho convencer a fêmea a copular com ele. Também poderia ser uma forma de evitar acasalamentos interespecíficos, já que o aparato de agarramento possui uma grande especificidade em formato para o pescoço de fêmeas da mesma espécie. Uma libélula macho não pode agarrar o pescoço de uma fêmea de outra espécie porque o aparato de agarramento simplesmente não encaixa no pescoço da fêmea.

Ambas as hipóteses alternativas para a evolução do aparato de agarramento são possíveis, mas mais estudos são necessários para testá-las.

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Referências:

Chapman, T., Arnqvist, G., Bangham, J., & Rowe, L. (2003). Sexual conflict Trends in Ecology & Evolution, 18 (1), 41-47 DOI: 10.1016/S0169-5347(02)00004-6

Córdoba-Aguilar, A., Vrech, D., Rivas, M., Nava-Bolaños, A., González-Tokman, D., & González-Soriano, E. (2014). Allometry of Male Grasping Apparatus in Odonates Does Not Suggest Physical Coercion of Females Journal of Insect Behavior, 28 (1), 15-25 DOI: 10.1007/s10905-014-9477-x

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Sexta Selvagem: Taq

por Piter Kehoma Boll

É hora de começarmos a olhar para as pequeninas criaturinhas vivendo conosco neste mundo. Não apresentamos nenhuma bactéria ainda, então aqui vem a primeira, a magnífica Taq!

Taq é uma abreviatura de Thermus aquaticus, o nome científico da bactéria. Ela foi inicialmente descoberta em fontes termais do Parque Nacional de Yellowstone, nos EUA, mas certamente ninguém imaginaria como ela impactaria a ciência como um todo.

O Great Fountain Geyser no Parque Nacional de Yellowstone está localizado perto do local onde a Taq foi inicialmente encontrada. Foto de Paul Kordwig.*

O Great Fountain Geyser no Parque Nacional de Yellowstone está localizado perto do local onde a Taq foi inicialmente encontrada. Foto de Paul Kordwig.*

Geralmente possuindo um formato de pequeno bastão com menos de 1µm de diâmetro e até 10 µm de comprimento, a Taq pode atingir mais de 200 µm de comprimento quando adquire um formato de filamento. Vivendo em fontes termais no mundo todo, ela prolifera a cerca de 70°C. Ela produz seu próprio alimento via quimiossíntese ao oxidar elementos inorgânicos do ambiente, mas também pode se associar a cianobactérias vivendo no mesmo habitat para obter alimento de sua fotossíntese.

Taq sob o microscópio. A escala corresponde a 1µm. Foto de Diane Montpetit.

Taq sob o microscópio. A escala corresponde a 1µm. Foto de Diane Montpetit.

Mas que impacto ela teve na ciência? Bem, por viver em temperaturas tão altas, as proteínas da Taqq precisam de temperaturas mais altas para desnaturar, assim elas são úteis para realizar processos bioquímicos em altas temperaturas, tal como amplificação de DNA.

A PCR (sigla em inglês para Reação em Cadeia da Polimerase) é um processo usado para amplificar segmentos curtos do DNA de um organismo. Ela precisa ser realizada em temperaturas elevadas de maneira a desnaturar a cadeia de DNA de forma que os primers possam se alinhar. Primers são fragmentos de DNA modificado muito curtos que determinam o início e o fim dos segmentos que se quer amplificar. Amplificar um segmento de DNA significa produzir uma grande quantidade de cópias desse segmento. O problema em PCRs mais antigas é que as temperaturas altas necessárias para desnaturar o DNA também desnaturam a enzima que produz as cópias, chamada de DNA polimerase. Como resultado, havia a necessidade de adicionar a enzima ao final de cada ciclo de desnaturação termal. A DNA polimerase da Taq, chamada de Taq polimerase, pode resistir às altas temperaturas da desnaturação, de forma que ela só precisa ser adicionada uma vez.

Graças à Taq polimerase, a amplificação de DNA se tornou um processo muito mais eficiente, acelerando pesquisas em biologia molecular.

Às vezes a revolução começa com as coisas mais pequeninas.

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Referências:

Brock, T. D. 1997. The value of basic research: discovery of Thermus aquaticus and other extreme thermophiles. Genetics, 146(4): 1207-1210.

Wikipedia. Thermus aquaticuss. Disponível em: <https://en.wikipedia.org/wiki/Thermus_aquaticus&gt;. Acesso em 21 de janeiro de 2016.

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