Estudo Dirigido EvoDevo - Biologia do Desenvolvimento

Prévia do material em texto

1 
APTERYS AUSTRALIS e ROUSETTUS AMPLEXICAUDATUS 
ESTUDO TEÓRICO SOBRE A DISPERSÃO DO TAMANHO DE SUAS ASAS. 
 
Curso de Ciências Biológicas, Universidade Federal do Paraná, Centro Politécnico, Caixa Postal 19031, 81531-970, 
Curitiba, PR, Brasil. 
 
Explicações a cerca da proposta teórica 
 
 
I. SOBRE OS ORGANISMOS E SEU HABITAT 
Apteryx australis (kiwi) é uma espécie de ave, família Apterygidae, endêmica da região da Nova Zelândia. 
Em geral, encontram-se nas regiões norte e sul da ilha, dividindo-se em duas subespécies. As espécies 
permanecem distribuídas nas regiões de Fiordland e Westland e na ilha Stewart. As configurações climáticas destes 
locais são muito dependentes das regiões em que se encontram o organismo: no lado sul, o clima é mais alto, com 
maior incidência de raios, ao contrário da região norte. A ilha de Stewart, onde se encontra uma grande 
concentração da espécie estudada, se encontra na região das ilhas do sul, onde há predominância de climas mais 
amenos. 
 
Rousettus amplexicaudatus (morcego) é uma espécie de morcego, família Pteropodidae, encontrado em 
todo o Sudeste da Ásia. 1Pode ser encontrado na China, Vietnã, Laos, Camboja, Tailândia, Mianmar, Malásia, 
Cingapura, Indonésia, Timor-leste, Filipinas, Papua-Nova Guiné e Ilhas Salomão, conforme explicitado pelo canal 
National Geographic. Nesta região, o clima predominante é seco. 
 
 
II. UMA PERSPECTIVA AOS OLHARES DE DARWIN 
Considerando que Darwin comparou as diferenças nos Tentilhões das Ilhas de Galápagos, e visto que os 
organismos analisados se encontram em locais diferentes, poder-se-ia analisar a diferença entre os tamanhos de 
suas asas pela necessidade que estes organismos apresentaram ao longo da evolução. Considerando que os Kiwis 
se encontram em um local com menos rajadas de ventos do que os morcegos houve, portanto, a necessidade 
deles, ao longo do seu processo evolutivo, de formar asas com menos suporte para o voo, visto que o local onde 
se encontram não necessita tanto disto, ou seja, o meio determinou que ao longo de seu desenvolvimento, a 
característica “asas” fosse reduzida por não possuir tanta essencialidade. 
Já os Morcegos, embora se encontrassem escondidos a maior parte do tempo, precisaram desenvolver asas 
com mais suporte por conta das condições climáticas que foram impostas ao longo de seu desenvolvimento no 
ambiente, onde os ventos são maiores, portanto, há necessidade de asas com mais habilidades e bem 
desenvolvidas; esta característica também ajudaria na obtenção de alimentos, visto que o ambiente sul asiático 
apresenta muitos animais tétrades, fast. 
Claro, Darwin considerou fatores mutagênicos para as explicações (não é que isto esteja incorreta, é 
também uma resposta exímia), contudo, entende-se agora que, por conta da interação com o meio ambiente, foi 
promovida na espécie do Kiwi uma menor intensidade do gene que forma e promove o desenvolvimento das asas 
(modificando a sua morfologia e sua posição), visto que não haveria tanto necessidade de usá-lo, muito disperso 
do morcego, que apresentou uma intensidade maior do gene, ou seja, uma atividade maior durante o seu 
desenvolvimento, pois necessita dele para a sua sobrevivência, o meio determinava (seleção natural). 
 
III. UMA PERSPECTIVA AOS OLHARES DAS “BMPS” 
Segundo Gilbert, “um gene homólogo pode assumir uma nova função quando expresso em um novo 
local.”. As 2BMPS, deste modo, exercitam esta função nas divergências entre as asas das duas espécies estudadas, 
teoricamente proposto pela equipe. A proteína BMP, por estar ligada em várias vias de sinalização, atua 
principalmente a morfogênese dos órgãos formados, no seu alongamento – desenvolvimento ou não –, no seu 
desaparecimento (encurtamento), sua menor ou maior intensidade, depende da BMP envolvida. 
Visto que a asa do Kiwi é muito pouco desenvolvida (menor) principalmente quando comparada com a do 
morcego, é compreensível teorizar que as proteínas BMPS não estão envolvidas em grandes gradientes nas vias de 
sinalização dos genes que formam as asas dos kiwis, criando uma inativação destes genes – temporária, ou apenas 
inibitória rápida – que acabam por se expressar muito pouco ou quase nada, promovendo, então, uma asa menor e 
menos rígida. Ou seja, no caso dos Kiwis, as BMPS podem estar atuando como inibidores dos genes que codificam 
proteínas para formar as asas dos mesmos; visto o tamanho e o desenvolvimento diminuto das mesmas. Claro, 
além disto, pode-se especular também que a via de sinalização das BMPS foi ficando menos ativa durante a 
evolução do organismo. 
 
1
 Trecho tirado de National Geographic; 
2
 Proteínas Ósseas Morfogenéticas 
[u1] Comentário: Primeiro, faremos 
uma breve abordagem sobre as perspectivas 
individuais, após isto, por último, 
agruparemos todas em uma teoria em uma 
apenas, tentando explicar a divergência de 
todos os pontos de vista proposto pela 
orientadora. 
[u2] Comentário: Inicialmente, 
dissertaremos sobre as condições climáticas 
e o ambiente em que ambos vivos 
permanecem, visto que isto é fator limitante 
para o desenvolvimento de um organismo. 
[u3] Comentário: Como proposto pela 
professora, nesta primeira perspectiva, 
tentaremos explicar a divergência das asas 
das duas espécies através das explicações 
teóricas do biólogo Charles Darwin. 
[u4] Comentário: Neste parágrafo, 
iremos explicar tentando evidenciar um 
principio biomolecular do por que as asas 
são mais desenvolvidas em um do que em 
outro. 
 2 
 Já, se olharmos sobre as perspectivas dos Morcegos, as proteínas BMPS estão presentes em grande 
quantidade, então, sugere-se que elas participem das principais vias metabólicas e sinalizadoras para criação de 
asas e/ou ativação dos genes que formam as asas. Neste caso, sugere-se que as BMPS estejam em grandes 
quantidades nos embriões dos morcegos, promovendo a morfogênese e o alongamento das suas asas. Junto com 
outras proteínas, obviamente. 
A mensagem das BMPS dos organismos estudados não é alterada, mas, o local onde ela é expressa e a 
quantidade (e intensidade) de sua expressão defendem o fenótipo visto. Ou seja, nos Kiwis, elas se encontram em 
poucas quantidades e participa da regulação gênica dos genes ligados a formação das asas, inibindo-os; já nos 
morcegos, o contrário está presentes em grandes quantidades e atuam como ativadores dos genes que formam 
asas desenvolvidas. 
 
IV. UMA PERSPECTIVA AOS OLHARES DA CAIXA DE FERRAMENTAS 
Os genes da caixa de ferramentas, ou seja, um quite de genes que estão destinados à padronização e à 
formação de todos os eixos do corpo do indivíduo e de suas partes, também estão envolvidos nas divergências das 
asas das espécies estudadas. Os genes da caixa de ferramentas têm dois produtos principais durante o 
desenvolvimento: membros de vias de sinalização e os fatores de transcrição. Considerando esta básica explicação 
sobre estes genes e analisando-os no ponto de vista das asas, pode-se entender que os genes da caixa de 
ferramentas, interligados as BMPS, acabam por interferir na formação e desenvolvimento das asas, por atuarem 
como repressores ou ativadores das transcrições de outros genes e/ou proteínas reguladoras. 
No caso dos Kiwis, poder-se-ia teorizar que os genes da caixa de ferramenta juntamente com as BMPS 
podem atuar como repressores3 dos genes, ou, melhor ainda, atuam como inibidores no processo de transcrição, 
não permitindo, portanto, que as proteínas necessárias para o desenvolvimento sejam formadas. Portanto, mesmo 
que o gene esteja ativo, seus produtos não chegariam a ser fabricados, pois seriam inibidos pelos fatores de 
transcrição promovidos por uma alteração (mutação ou não) nos genes da caixa de ferramenta e suas interações 
com as BMPS. 
Já, pensando do ponto de vista dos morcegos,os genes da caixa de ferramenta tendencialmente podem 
viabilizar mais o processo de transcrição dos genes das asas. Além de atuarem na aceleração das vias de 
sinalização, regulariam os ativadores destes genes, ou seja, os ativadores de transcrição4 (proteínas que auxiliam a 
DNA polimerase, formando um complexo). Se estes genes promovem uma maior transcrição, maior será a tradução 
em proteínas de voo, portanto, maior será a estrutura das asas, mais espessa, rígida, desenvolvida, grande e forte. 
 
V. UMA PERSPECTIVA AOS OLHARES DO DESENVOLVIMENTO DOS INSETOS 
 Considerando que os diferentes tipos de insetos imprimirem diferentes tipos de asas, tanto menores 
quanto maiores e que isto, em linhas súbitas, dependem do seu tipo de desenvolvimento e de seus discos 
imaginais, pode-se teorizar que a manifestação diferente dos “discos imaginais” (ou brotos no caso dos 
organismos estudados) poderiam influência a formação das asas nos Kiwis e Morcegos. 
Seguindo esta análise, a figura ao lado procede de muito sentido, visto que os “discos imaginais” dos 
insetos são as estruturas que produzem a formação das asas e das patas, e elas estão intimamente ligadas. Vendo 
deste ponto de vista... 
Os Kiwis, que não apresentam estas estruturas, poderiam, portanto, ter uma ligação entre os genes – ou 
células- que formam os seus membros e suas asas. Neste caso, as células (neste caso, o broto) que imprimem uma 
formação de suas asas receberam pouca sinalização ou foram controladas por outros componentes bioquímicos, 
muito diferente dos componentes presentes nos morcegos, que apresentam uma evolução inversa. Neste caso, as 
proteínas estariam no broto da asa do Morcego e Kiwi, e não no disco imaginário, visto que esta estrutura inexiste 
nestes organismos. Bem como nos discos imaginais dos insetos, a característica “asas” do Morcego e do Kiwi 
poderiam ser retroalimentadas, ou seja, o desenvolvimento de uma estrutura inibe a outra. Como mostrado na 
figura, isto aconteceria da seguinte maneira: proteínas ativadoras do desenvolvimento dos brotos quando 
localizadas mais próximos das asas, perfazem um desenvolvimento maior neste membro; quando localizadas mais 
próximo às patas, perfazem neste membro um desenvolvimento maior. Esta seria uma explicação para a 
divergência do tamanho das asas destes dois organismos. 
 
VI. UMA TEORIA COMPLETA FORMULADA A PARTIR DAS PERPECTIVAS 
Após a análise de todos os aspectos, é possível formular uma teoria simples e plausível para o fenômeno 
observado nos dois organismos comparados. O tamanho das asas do Kiwi e do Morcego depende não tão 
somente do ambiente em que vive, mas sim das modificações biomoleculares e das vias de sinalização que 
atualmente apresentam, além, é claro, da disposição e localidade dos componentes biomoleculares. 
Primeiro, para explicar a divergência das asas de ambos, entende-se que o ambiente é um fator limitante para 
este fenômeno. As asas dos Kiwis são menos desenvolvidas exatamente porque vivem em um local onde a 
necessidade de voo não se faz tão necessário, muito diferente dos morcegos. Ao longo da evolução destes dois 
 
3
 Impedem a transcrição do DNA ou inativa um gene 
4
 Processo de formação de um RNA mensageiro a partir de um gene – um segmento do DNA. 
Figura 1 
[u5] Comentário: Aqui, explicaremos a 
distância de morfologia das asas tentando 
resgatar as explicações sobre a caixa de 
ferramentas, visto em aula. 
[u6] Comentário: Por ultimo, mas não 
menos importante, uma comparação na 
perspectiva de formação de asas nos 
insetos. 
[u7] Comentário: Através dos tópicos 
referidos pela professor, formularemos a 
teoria principal, a fim de apresentar o nosso 
modelo de evolução dos dois organismos. 
 3 
animais, provavelmente, o meio foi determinando que as asas deles fossem modificadas, e esta modificação pode 
ser vista por um método biomolecular. A interferência do meio propiciou uma série de modificações no embrião 
destes animais. 
Nos Kiwis, os genes da caixa de ferramentas, provavelmente, passaram a bloquear vias de sinalização de 
formação de proteínas (estes genes podem, sem dúvida alguma, terem sido mutados) e juntamente com as BMPS 
acabaram por diminuir a síntese dos polipeptídeos importantes para o desenvolvimento das asas. As proteínas que 
foram inibidas, ou seja, que foram formadas em poucas quantidades ou não formadas pela ação dupla dos Genes 
da caixa e das BMPS são as proteínas encontradas nos brotos que formam as asas e, portanto, como houve pouca 
quantidade de proteínas, o broto da asa não se desenvolveu bem e passou a formar asas menores e patas maiores, 
visto que as proteínas do broto da pata foram mais sintetizadas. 
É exatamente o inverso que pode ter acontecido com os morcegos, que não necessitava tanto andar, mas voar. 
A interação do ambiente deles provou uma alteração nos genes da caixa de ferramentas e em suas BMPS, fato este 
que promoveu o desenvolvimento de suas asas e a pouca evolução de suas patas. Tanto o seu habitat quanto as 
suas interações biomoleculares foram importantes para a sua evolução. O conjunto destas interações acarretou o 
aumento de proteínas no seu broto de asa e a ausência no seu broto de patas, criando, portanto, um animal com 
maior desenvolvimento para voo, visto que o meio onde ele se encontrava necessitava disto. Pois, em palavras não 
rebuscadas, como Darwin disse: “o meio seleciona quem vive”. 
Seria esta a explicação mais plausível proposta pela equipe: a interação do meio formou dois organismos 
distintos, pois ambos apresentaram quantidades diferentes de proteínas em locais diferentes, e tudo isto foi 
influência pela sua necessidade ou não de possuir a característica “asa”. 
 
 
REFERÊNCIAS 
1. Biologia do Desenvolvimento – Scott Gilbert. 5ª Edição. 
2. Evodevobr – como alguns tecidos crescem mais do que os outros – 2012/06/11 
3. Akam, M. E. 1987. The molecular basis for metameric pattern in the Drosophila embryo. Development 101: 
1-22. 
4. Sasai, Y., Lu, B., Steinbeisser, H., Geissert, D., Gont, L. K. and De Robertis, E. M. 1994. Xenopus chordin: A 
novel dorsalizing factor activated by organizer-specific homeobox genes. Cell 79: 779-790. 
 
 
 
 
Universidade Federal do Paraná 
 
ORIENTADORA: 
PROFª. DRª. FLAVIA SANT ANNA RIOS¹ 
 
ACADÊMICOS DA UFPR: 
ANA MARIA GONÇALVES CHAVES1, 
BARBARA SILVA HARO2, 
EVANDRO CLARO DOS SANTOS3, 
GUILHERME AUGUSTO BEGHETTO4, 
LOUISE MATIÊ IMAMURA.