Roubando genes

GeneThief-300x212Se muitas pessoas já acham complicado compreender questões relativas a sexo e identidade de gênero em humanos, ficariam surpresas ao estudar a evolução do sexo na natureza e descobrir que essas questões podem ainda mais complexas e diversas do que imaginam!

Nem todas as espécies são como nós humanos, que necessitamos de um indivíduo do sexo oposto para reproduzirmos de forma “natural”. Várias espécies são inclusive compostas apenas por indivíduos fêmeas, que se reproduzem sem a necessidade dos gametas masculinos. Entre inúmeros exemplos outros exemplos de estratégias evolutivas relacionadas ao sexo, existe até espécies que roubam os genes de outras para poder reproduzirem.

Espécies nas quais apenas um sexo é encontrado em suas populações não são incomuns  na natureza mesmo entre os animais vertebrados. Já são conhecidas cerca de 90 espécies de vertebrados que são estritamente unissexuais, sendo todas pertencentes aos grupos dos peixes, anfíbios ou répteis (Avise, 2008).

Sendo composta apenas por fêmeas, nas populações dessas espécies cada indivíduo pode gerar descendentes independente dos demais indivíduos. Sendo assim, essas populações crescem mais rápido do que espécies que necessitam de machos na população. Nas espécies em que ocorrem os dois sexos diferentes, os macho não geram descendentes por conta própria, apenas servem para contribuir com 50% da carga genética dos descendentes, aumentando assim a variabilidade genética. Contudo, como nessas espécies a reprodução sexuada gera tanto machos quanto fêmeas, esse processo torna-se menos eficiente em promover o crescimento populacional do que a reprodução assexuada. Isto é o que o biólogo inglês John Maynard Smith chamou de custo duplo do sexo (Maynard Smith, 1971).

Dessa forma, considerando a vantagem reprodutiva de populações unissexuadas, seria de se esperar que existissem muito mais espécies de vertebrados com populações compostas apenas por fêmeas. Contudo, também há desvantagem nessa estratégia reprodutiva onde há ausência de recombinação genética. O maior problema nesse caso é que sem essa recombinação, mutações deletérias acumulam-se mais frequentemente na população de forma irreversível – um processo conhecido como catraca de Muller (Muller, 1932). Um segundo problema é que essas populações unissexuadas devem evoluir numa taxa mais lenta, pois são mais difíceis de se adaptarem a ambientes em constante mudança ou a parasitas (Maynard Smith, 1978).

Assim como outras boas teorias científicas, essa explicação pôde ser testada e foi confirmada em um recente estudo realizado com salamandras (anfíbios com cauda) do gênero Ambystoma, cujas populações são compostas apenas por indivíduos fêmeas (Bi & Bogart, 2010). Esse estudo demonstrou que a linhagem desse grupo deve ter surgido a cerca de 6 milhões de anos.

Este grupo contém cerca de 30 espécies bissexuadas distribuídas a partir de Vale Central no México ao Alasca e Labrador, juntamente com vários biótipos unissexuados (um biótipo é um grupo de indivíduos com o mesmo genótipo), que são abundantes na região dos Grandes Lagos da América do Norte. Surpreendentemente, o conteúdo de DNA nuclear dos biótipos unissexuados varia de diplóide a pentaplóides, e seus genomas nucleares são aparentemente combinações de genomas haplóides ou múltiplos de quatro espécies bissexuadas: Ambystoma laterale, A. jeffersonianum, A. texanum e A. tigrinum (figura 1).

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Figura 1: Salamandras do gênero Ambystoma: a) A. laterale; b) A.jeffersonianum; c) A.texanum; d) A.tigrinum (Fonte: ©Flickr a) L.D. Alsbach; b) Kevin Messenger; c) Mike Graziano; d) Jake Scott).

O resultado do estudo gerou uma outra questão: a hipótese sobre a ausência de recombinação está errada ou então seria a estimativa da origem dessa linhagem que está?
De acordo com um artigo teórico, publicado logo em seguida ao citado anteriormente, ambas hipóteses estariam corretas (Lampert & Schartl, 2010). A solução deste paradoxo estaria no fato de que muitos vertebrados com populações unissexuadas especializaram-se em contornar o problema da ausência de recombinação genética.

Apesar de indivíduos de populações unissexuadas reproduzirem por partenogênese, a “partenogênese verdadeira” ocorre quando há geração de prole por fêmeas virgens na total ausência de machos, resultando em populações clonais geneticamente idênticas. Esse tipo de partenogênese em vertebrados é conhecida apenas em algumas poucas espécies de lagartos com populações unissexuadas e em uma única espécie de serpente (Lampert & Schartl, 2010). Já em várias espécies de peixes e anfíbios, ocorre uma variação da partenogênese na qual há um “escape genético”.

Uma dessas variações é a ginogênse, na qual a redução meiótica não ocorre durante a oogênese mas é necessário a presença de espermatozoides para dar início ao desenvolvimento embriológico. Esses espermatozoides são providenciados por indivíduos machos de uma espécie relacionada, mas o material genético do espermatozoide é excluido e portanto não contribui para o genótipo da prole. Contudo, embora raramente, esse mecanismo de exclusão falha e pequenas porções do DNA paterno é incluído no oócito na forma de cromossomos B (microcromossomos), ou o oócito pode ser fertilizado, levando ao aumento da ploidia (número de cromossomos) na prole.

Por fim, existe ainda uma extensão da ginogênese na qual parte ou mesmo todo o material genômico do embrião é mais ou menos frequentemente trocado pelo material genético paterno, num processo chamado de cleptogênese (Dubois & Günther, 1982) – do grego klepto que significa “roubar”. Esse é o mecanismo ocorre nas salamandras Ambystoma. Esses indivíduos incorporam o DNA nuclear de machos espécies de populações próximas (simpátricas), chegando a formar núcleos poliplóides com até cerca de cinco conjuntos genéticos (ver resumo na figura 2)!

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Figura 2: Variações da partenogênse: (a) representações esquemáticas de formas de reprodução não-meiótica. Genomas iniciais nesta ilustração são mostrados como diplóide materno (AB) ou triplóides (ABB) e diplóide paterna (MM). Partenogênese verdaeira não requer qualquer intervenção por um espermatozoide; oócitos diplóides desenvolvem-se diretamente em prole diplóide de genótipo idêntico ao maternal. Hibridogênese e ginogênese envolvem a intervenção de espermatozoide. Na hibridogênese, um oócito haplóide é produzido sem meiose e é fertilizado por um espermatozoide, que contribui com seu genoma (M) para a prole. No entanto, o genoma M é perdido quando oócitos são produzidos na geração seguinte, de modo que o oócito contém sempre um genoma materno inalterado. Na ginogênese, é necessário a estimulação por esperma para o oócito se desenvolver em um embrião, mas o esperma não contribui com qualquer material genético para a descendência. (b) Formas nas quais o DNA ‘paternal’ pode escapar para ginogênse. Da esquerda para a direita: pequenos porções de cromossomos do espermatozoide pode ser retido no oócito como microcromossomos (μ); um genoma haplóide completo do espermatozoide M pode ser adicionado, levando a poliploidização; a totalidade ou parte de um genoma materno pode ser substituído pelo genoma do espermatozoide H (cleptogênese).

Embora ainda não seja um mecanismo completamente compreendido, esses animais possuem um sistema genético flexível que inclui a capacidade de gerar e perpetuar várias trocas genômicas com espécies relacionadas, garantindo a essas salamandras uma variabilidade genética que garante uma maior capacidade adaptativa, mesmo sendo parte de uma espécie com populações unissexuadas. Estudos adicionais poderão demonstrar estratégia similar em outras espécies com populações unissexuadas ou mesmo estratégias ligeiramente diferenciadas que podem ter surgido ao longo da história evolutiva e que explicariam abundância local e sucesso ecológico dessas espécies.

BIBLIOGRAFIA

AVISE, John. Clonality: the genetics, ecology, and evolution of sexual abstinence in vertebrate animals. Oxford University Press, 2008.

BI, Ke; BOGART, James P. Time and time again: unisexual salamanders (genus Ambystoma) are the oldest unisexual vertebrates. BMC evolutionary biology, v. 10, n. 1, p. 1, 2010.

DUBOIS, A.; GÜNTHER, R. Klepton and synklepton: two new evolutionary systematics categories in zoology. Zool. Jb. Syst, v. 109, n. 2, p. 290-305, 1982.

LAMPERT, Kathrin P.; SCHARTL, Manfred. A little bit is better than nothing: the incomplete parthenogenesis of salamanders, frogs and fish. BMC biology, v. 8, n. 1, p. 78, 2010.

MAYNARD SMITH, John. The origin and maintenance of sex. Group selection, p. 163-175, 1971.

MAYNARD SMITH, John. The evolution of sex. Cambridge University Press; 1978.

MULLER, Hermann Joseph. Some genetic aspects of sex. The American Naturalist, v. 66, n. 703, p. 118-138, 1932.

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