Serpentes arborícolas evoluíram caudas mais longas através de alterações genéticas

Os cientistas identificaram as alterações genéticas que permitiram às serpentes arborícolas desenvolver caudas mais compridas em várias linhagens.

A descoberta revela que modificações semelhantes no ADN remodelaram repetidamente o corpo das serpentes como resposta à vida nas árvores.

Indícios nos corpos das serpentes

Entre 323 serpentes de 110 espécies, o padrão mais evidente de caudas mais longas verificou-se nas espécies que vivem sobretudo nas árvores.

Ao comparar estas espécies, Jia-Tang Li, do Instituto de Biologia de Chengdu (CIB), associou directamente as caudas mais compridas a alterações genéticas hereditárias.

O mesmo padrão de cauda mais longa surgiu de forma independente em linhagens distintas de serpentes, o que indica uma resposta evolutiva recorrente, e não uma única origem.

Esta repetição restringe a explicação a mecanismos biológicos específicos que determinam quantas vértebras se formam na cauda.

A função das caudas mais compridas

Nos ramos estreitos, uma cauda maior proporciona à serpente mais pontos de contacto e melhor controlo quando o corpo se torce.

Trabalhos anteriores já tinham demonstrado que as espécies trepadoras possuem caudas mais longas do que os seus parentes terrestres, provavelmente por favorecerem o equilíbrio e a aderência.

Na nova comparação, o comprimento da cauda aumentou em conjunto com o número de vértebras caudais, numa associação tão forte que atingiu 0.91.

Esta relação estreita deslocou a questão da forma exterior para o modo como os embriões continuam a acrescentar segmentos na extremidade posterior.

Criação de um mapa do genoma

Para procurar o ADN por trás deste padrão, a equipa do CIB produziu um genoma de elevada qualidade para a cobra-gato-verde.

A nova montagem distribuiu-se por 18 cromossomas e recuperou 98,1% num teste normalizado de completude.

Com Boiga cyanea e a distante espécie arborícola Ahaetulla prasina, os investigadores puderam confrontar duas experiências separadas conduzidas pela própria evolução.

A comparação entre linhagens afastadas reforçou a evidência de convergência, pois sinais coincidentes são mais difíceis de atribuir ao acaso.

Genes sob pressão evolutiva

Foram detectadas várias alterações genéticas partilhadas em componentes do programa de desenvolvimento que ajudam a dividir o corpo em crescimento em unidades repetidas.

Estas unidades repetidas são os somitos, blocos corporais precoces que posteriormente dão origem às vértebras, e as serpentes produzem um número invulgarmente elevado deles.

Entre os alvos mais relevantes encontravam-se genes que contribuem para controlar quando se formam novos segmentos corporais, onde ocorre a sua divisão e como a coluna vertebral se alonga.

Como ambas as linhagens arborícolas apresentaram mudanças semelhantes, é provável que as caudas mais longas tenham surgido através da mesma via biológica.

Um relógio mais rápido

Outro indício encontrava-se no relógio de segmentação, que funciona como um temporizador molecular e define o espaçamento entre novos segmentos corporais durante o crescimento inicial.

Nas serpentes, este temporizador funciona cerca de quatro vezes mais depressa do que nos ratinhos ou nos lagartos, permitindo a formação de mais elementos vertebrais.

O novo estudo identificou alterações evolutivas recentes em genes que ajudam a manter este temporizador sincronizado.

Estes sinais não demonstram directamente todas as etapas, mas apontam para o ritmo do desenvolvimento como um provável factor determinante.

Alterações nos interruptores do ADN

As mudanças não se limitaram aos genes, estendendo-se a regiões próximas do ADN que controlam quando os genes são activados.

Diversas destas regiões reguladoras situavam-se junto de componentes essenciais do sistema que determina onde termina o corpo e começa a cauda.

Em ensaios laboratoriais, a maioria dessas regiões teve um comportamento diferente nas serpentes arborícolas em comparação com as que permanecem no solo.

Estas alterações podem modificar o momento do crescimento, permitindo formar caudas mais compridas sem alterar os próprios genes.

Uma evolução focalizada

A vida nas árvores surgiu muitas vezes nas serpentes, mas não parece ter provocado uma explosão de novas espécies.

A maior parte das transições para este habitat começou com ancestrais terrestres, e não com linhagens aquáticas, revelando de onde normalmente partiu esta mudança repetida.

A cauda mais longa parece estar menos associada a uma diversificação rápida e mais adaptada a uma função específica.

Esta distinção é importante, porque uma anatomia útil pode resolver um problema ecológico sem aumentar o número de linhagens de serpentes.

Para lá das caudas das serpentes

Vias de desenvolvimento semelhantes moldam outras partes do corpo nos vertebrados, razão pela qual este resultado vai além das serpentes.

Nos ratinhos, a alteração de um único gene pode encurtar a cauda ou acrescentar mais ossos caudais, consoante o efeito que tenha no momento do crescimento.

Este paralelo com os ratinhos torna o resultado obtido nas serpentes mais credível, pois a mesma via já modifica as caudas noutro vertebrado.

Também sugere que a evolução ajusta frequentemente sistemas de desenvolvimento já existentes, em vez de criar sistemas inteiramente novos.

O que ainda falta esclarecer

Mesmo com indícios genómicos robustos, os investigadores ainda não conseguem observar estas alterações específicas no ADN a remodelar um embrião de serpente em tempo real.

A equipa de Li no CIB e os seus colaboradores continuam sem os sistemas laboratoriais flexíveis comuns nos ratinhos, o que dificulta os testes directos em embriões de serpente.

Os trabalhos futuros terão de realizar testes directos que activem ou desactivem genes ou interruptores candidatos e, depois, meçam o crescimento da cauda.

Até lá, o artigo apresenta a explicação mais clara até ao momento, embora algumas relações causais ainda necessitem de confirmação.

O significado destes resultados

A vida nas árvores favoreceu repetidamente caudas mais longas nas serpentes, e a evolução respondeu ao alterar tanto os genes como os interruptores que orientam o crescimento das vértebras.

Este conhecimento poderá vir a ajudar os biólogos a testar como os planos corporais mudam entre espécies, desde répteis que se agarram aos ramos até mamíferos.