The sacred Asian water lotus, Nelumbo nucifera — o pedestal de eleição para uma variedade de divindades egípcias e indianas. É fácil de ver porquê. Domínio Público. Clique na imagem para link.
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Para os animais, herdar mais do que as duas cópias habituais de ADN é normalmente uma coisa muito má. Pode acontecer quando dois espermatozóides fertilizam um óvulo, ou quando a divisão das células sexuais erra, deixando um espermatozóide ou um óvulo com o dobro da carga útil aprovada. Mas para embriões animais, o resultado é normalmente o mesmo: morte.
Isto é particularmente verdadeiro em mamíferos e aves, onde mais de duas cópias – uma condição denominada poliploidia – produz algo eufemisticamente denominado “perturbação geral do desenvolvimento”. Praticamente falando, isto significa o derretimento do sistema, e acontece muito rapidamente. Em humanos, três ou mais cópias do genoma inteiro ocorrem em cerca de 5% dos abortos humanos.
Apenas dois casos de poliploidia bem sucedida são conhecidos entre as aves, e apenas um entre os mamíferos: o rato viscacha vermelho sul-americano (que é muito mais cortante do que parece). Tem quatro cópias do seu genoma, o que o torna tetraplóide.
A poliploidia é ligeiramente mais comum entre outros animais. Algumas centenas de casos de poliploidia são conhecidos em insectos, répteis, anfíbios, crustáceos, peixes, e outros animais “inferiores”. A poliploidia pode frequentemente ser induzida nestas criaturas; algo chamado “truta triplóide” está a fazer ondas entre os pescadores do Noroeste do Pacífico. Os três conjuntos de cromossomas dos peixes não podem emparelhar adequadamente durante a divisão das células sexuais, tornando-as estéreis, mas permitindo-lhes assim crescerem mais do que os seus parentes diplóides, uma vez que não desperdiçam energia em frivolidades tais como ovos, esperma, e engatinhar. Sabe como os pescadores se sentem em relação aos peixes grandes, pelo que os “triploides” já inspiraram os necessários vídeos épicos de pesca.
Embora a poliploidia não seja comum nos animais, suspeita-se que possa ter desempenhado um papel na evolução, há eons atrás, dos vertebrados, dos peixes com raias, e da família do salmão (da qual as trutas são membros). Mas no geral, a poliploidia é um assunto arriscado e frequentemente perigoso para os animais.
Não é o caso das plantas, que parecem ter uma atitude mais laissez-faire em relação a todo o negócio.
No meu posto no início desta semana sobre um musgo diplóide mutante, mencionei que era capaz de fazer ovos e esperma funcionais com duas cópias do genoma em vez do habitual. Por outras palavras, a descendência deste mutante seria tetraplóide. O facto destas plantas parecerem ser capazes de produzir descendentes poliplóides viáveis sugere que a poliploidia pode ser um instrumento de evolução em musgos, como é para muitas outras plantas, sugeriu os autores do artigo sobre o qual escrevi.
Porque nas plantas, ao contrário dos animais, a poliploidia é comum, aparentemente inócua, e muitas vezes agida por selecção natural como instrumento de especiação. Talvez as plantas tolerem melhor a duplicação do genoma do que os animais porque têm planos corporais intrinsecamente mais flexíveis do que os animais, e podem mais facilmente lidar com quaisquer mudanças anatómicas grosseiras que a possam acompanhar.
Seja qual for a razão, a poliploidia vegetal é desenfreada. Os cientistas estimaram que metade a dois terços das plantas com flor são poliplóides, incluindo mais de 99% dos fetos e 80% das espécies da família das gramíneas – a fonte do arroz, trigo, cevada, aveia, e milho. Assim como uma enorme proporção das nossas outras culturas, incluindo cana-de-açúcar, batata, batata doce, bananas, morangos, e maçãs. Podemos muito bem ter sido artificialmente seleccionados para isto. Nas plantas, a duplicação do genoma parece muitas vezes ajudar a fazer mais coisas, o que é bom se se quiser comer as coisas.
A duplicação do genoma pode acontecer por si só nas plantas através dos mesmos mecanismos que mencionei acima para os animais, essa não é a forma mais comum. Segue mais frequentemente a reprodução acidental de duas espécies intimamente relacionadas. Isto geralmente produz descendentes estéreis, uma vez que os cromossomas desencontrados não têm nada com que se emparelhar durante a divisão celular sexual. Mas se, por acaso, esta quimera duplicar o seu genoma, a fertilidade é restaurada através do emparelhamento do lote sortido. Simultaneamente, foi criado um organismo tetraplóide e uma nova espécie.
Por exemplo, duas das principais variedades de trigo cultivadas actualmente são o resultado da duplicação e quadruplicação sequencial dos genomas dos seus antepassados da erva selvagem. As espécies ancestrais originais apresentavam 14 cromossomas. Hoje, os agricultores plantam tanto o trigo duro tetraplóide de 28 cromossomas como o trigo pão de 42 cromossomas hexaplóide. O trigo duro faz mais massa dentada, enquanto a farinha hexaplóide glúten-y forma redes proteicas que se estendem até ao pão mais leve e mais leve.
Duas outras plantas poliplóides fizeram ondas na semana passada: a bexiga carnívora e a lótus sagrada. O tempo da bexiga na ribalta foi graças à descoberta de que está quase livre de DNA “lixo” não codificador de proteínas, um material em que quase todos os outros organismos complexos estão inundados, incluindo você.
Mas a minúscula planta comedora de insectos conseguiu alcançar esta parcimónia, apesar de três rondas de duplicação do genoma. Em teoria, tem oito cópias de cada gene, com respeito ao ancestral de duas cópias de quase todos os verdadeiros ou “eudicópteros”, um grupo maciço de plantas floríferas. Isso torna-o octoplóide. (Pode ser ainda mais ploide do que isso quando se tem em conta que os eudicópteros parecem ter triplicado os seus genomas pouco tempo depois de terem evoluído). Mas na prática, e por razões que os cientistas não compreendem inteiramente, a bexiga eliminou, de alguma forma, todos os seus genes duplicados, excepto uma cópia, juntamente com a grande maioria do seu ADN não-proteico codificador. Agora *isso é* eficiência.
A sequência genética completa do lótus sagrado foi publicada a 10 de Maio. A lótus parece ter sido a primeira planta a separar-se do resto dos eudicópteros, mesmo antes da triplicação inicial do genoma a que aludi acima. Mas duplicou separadamente o seu próprio genoma, algum tempo depois. Suspeitosamente, os autores do artigo revelando o seu relatório de sequência, a duplicação parece ter tido lugar há cerca de 65 milhões de anos.
Isso é notável, claro, porque foi por volta da altura em que o nosso planeta foi arrancado pelo asteróide que deu sayonara aos dinossauros – mas também a cerca de 60% das espécies vegetais. Em tempos de stress ambiental, os autores notam, as plantas que duplicaram os seus genomas parecem adaptar-se e sobreviver melhor. Poder-se-ia especular que é graças à matéria-prima que um segundo conjunto supérfluo de genes fornece uma selecção natural para a criação de proteínas com novas funções.
Muitas outras espécies vegetais parecem ter duplicado os seus genomas na altura do impacto do asteróide K-T, os autores escrevem, sugerindo que quaisquer que fossem as condições na altura, a poliploidia parece ter sido uma boa estratégia de sobrevivência para as plantas. Foi também uma opção muito menos disponível para os animais, que, por esta e provavelmente muitas outras razões (falta-lhes a capacidade de algumas plantas de fazer estruturas de repouso fortificadas e adormecerem, por exemplo) sofreram perdas mais pesadas. Pensa-se que talvez 80% das espécies animais da Terra foram extintas na sequência catastrófica do impacto.
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