Porque as cobras arborícolas continuam a evoluir caudas mais longas

Cientistas identificaram as alterações genéticas que ajudaram serpentes arborícolas, em várias linhagens, a evoluir caudas mais longas.

A descoberta mostra que modificações semelhantes no ADN voltaram a remodelar o corpo das serpentes como resposta repetida à vida nas árvores.

Pistas nos corpos das serpentes

Ao analisar 323 serpentes de 110 espécies, o padrão mais nítido de caudas mais longas surgiu nas espécies que vivem sobretudo em ambiente arbóreo.

Ao comparar estes grupos, Jia-Tang Li, do Instituto de Biologia de Chengdu (CIB), ligou o alongamento da cauda diretamente a alterações genéticas herdadas.

Em linhagens distintas, o mesmo padrão de cauda mais comprida apareceu de forma independente, indicando uma resposta evolutiva repetida - e não uma única origem.

Essa repetição restringe a explicação a mecanismos biológicos específicos que controlam quantas vértebras se formam na cauda.

Para que servem as caudas mais longas nas serpentes arborícolas

Em ramos estreitos, uma cauda mais comprida dá à serpente mais pontos de contacto e maior controlo quando o corpo se torce.

Trabalhos anteriores já tinham mostrado que espécies trepadoras apresentam caudas mais longas do que parentes que vivem no solo, o que provavelmente facilita o equilíbrio e a aderência.

Na nova comparação, o comprimento da cauda aumentou de forma tão estreita com o número de vértebras caudais que a associação atingiu 0.91.

Esta ligação forte deslocou o enigma do aspeto externo para a forma como, no embrião, continuam a ser adicionados segmentos na extremidade posterior.

Construir um mapa do genoma

Para perseguir o ADN por trás desse padrão, a equipa do CIB produziu um genoma de alta qualidade para a serpente-gato verde.

A nova montagem distribuiu-se por 18 cromossomas e recuperou 98.1% num teste padrão de completude.

Ao usar Boiga cyanea e a distante espécie arbórea Ahaetulla prasina, os investigadores puderam comparar dois “ensaios” separados conduzidos pela própria evolução.

Ao confrontar linhagens longínquas, o argumento a favor da convergência tornou-se mais robusto, porque sinais coincidentes são mais difíceis de atribuir ao acaso.

Genes sob pressão evolutiva

Várias alterações partilhadas surgiram em partes do programa de desenvolvimento que ajudam a dividir o corpo em unidades repetidas durante o crescimento.

Essas unidades repetidas são os somitos - blocos corporais iniciais que mais tarde dão origem a vértebras - e as serpentes produzem um número invulgarmente elevado deles.

Entre os alvos mais destacados estavam genes que ajudam a controlar quando novos segmentos corporais se formam, onde ocorre a separação entre eles e como a coluna se alonga.

Como ambas as linhagens que vivem em árvores apresentaram mudanças semelhantes, é provável que as caudas mais longas tenham surgido através do mesmo percurso biológico.

Um relógio mais rápido

Outra pista apareceu no relógio de segmentação, um temporizador molecular que determina o espaçamento entre novos segmentos do corpo durante o desenvolvimento inicial.

Nas serpentes, esse temporizador funciona cerca de quatro vezes mais depressa do que em ratinhos ou lagartos, permitindo que se formem mais peças vertebrais.

O novo estudo encontrou alterações evolutivas recentes em genes que ajudam a manter esse temporizador sincronizado.

Estes sinais não demonstraram diretamente cada etapa, mas apontaram o ritmo do desenvolvimento como uma provável alavanca do processo.

Alterações em interruptores de ADN

As mudanças não se limitaram aos genes: estenderam-se também a regiões de ADN próximas que regulam quando os genes são ativados.

Várias dessas regiões reguladoras localizavam-se perto de componentes centrais do sistema que determina onde o corpo termina e onde a cauda começa.

Em testes laboratoriais, a maioria dessas regiões comportou-se de forma diferente em serpentes arborícolas quando comparadas com espécies que permanecem no solo.

Estas alterações podem mudar o calendário do crescimento, permitindo a formação de caudas mais longas sem modificar os próprios genes.

A evolução mantém o foco

A vida nas árvores surgiu repetidamente nas serpentes, mas não parece ter desencadeado uma explosão de novas espécies.

A maioria das transições para esse habitat começou em ancestrais terrestres, e não em linhagens associadas à água, mostrando onde tende a iniciar-se essa mudança repetida.

A cauda mais comprida parece estar menos ligada a uma diversificação rápida e mais ajustada 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, e é por isso que este resultado não se limita às serpentes.

Em ratinhos, alterar um único gene pode encurtar a cauda ou acrescentar mais ossos caudais, dependendo de como essa alteração afeta o tempo de crescimento.

Este paralelo nos ratinhos torna o resultado em serpentes mais credível, porque a mesma via já altera caudas noutro vertebrado.

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

O que ainda falta demonstrar

Mesmo com indícios genómicos fortes, os investigadores ainda não conseguem observar, em tempo real, estas mudanças específicas de ADN a remodelar um embrião de serpente.

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

Trabalhos futuros terão de realizar testes diretos que alternem interruptores reguladores candidatos ou genes e, depois, meçam o crescimento da cauda.

Até lá, o artigo apresenta a explicação mais clara até ao momento, embora algumas ligações causais ainda precisem de prova.

O que isto significa

A vida nas árvores favoreceu repetidamente caudas mais longas nas serpentes, e a evolução respondeu alterando tanto genes como os interruptores reguladores que orientam o crescimento vertebral.

Esta perceção poderá, com o tempo, ajudar biólogos a testar como os planos corporais mudam entre espécies - desde répteis que se agarram a ramos até mamíferos.