Uma equipa internacional liderada pela Universidade de Genebra (UNIGE) com a EPFL, o Collège de France e as universidades de Harvard e Chicago traz uma resposta inesperada: os dedos teriam origem na reutilização de uma região antiga do genoma, inicialmente ativa na formação da cloaca dos peixes em vez das suas barbatanas. Publicada na Nature, esta descoberta revela uma importante estratégia evolutiva que consiste em reciclar o existente em vez de construir algo novo.
Imagem ilustrativa Pexels
Há 380 milhões de anos, os nossos antepassados peixes começaram a colonizar a terra firme, evoluindo para muitas espécies vertebradas equipadas, nomeadamente, com pulmões eficientes para filtrar o oxigénio, mas também com pés e mãos. Compreender como estas últimas surgiram continua a ser uma das questões científicas mais antigas e mais debatidas. Serão provenientes das barbatanas, homólogas dos nossos braços e pernas, ou, pelo contrário, serão estruturas totalmente novas?
Em vez de construir um novo sistema regulatório para os dedos, a natureza desviou um dispositivo existente.
Mudança de perspectiva
Para responder a esta questão, a equipa de investigação não se limitou a estudar os genes envolvidos no desenvolvimento dos próprios dedos, também explorou as vastas regiões não codificantes do genoma - o conjunto de cromossomas e genes de uma espécie ou de um indivíduo - que controlam a sua expressão e ativação. Estas regiões são chamadas de "paisagens regulatórias". Imensamente maiores do que as regiões codificantes que compõem apenas 2% do genoma, atuam como verdadeiras "torres de controlo" da expressão genética.
Comparando o genoma do rato e do peixe, os cientistas identificaram primeiro uma paisagem regulatória conservada entre as duas espécies e envolvida no desenvolvimento dos membros do rato. Depois, ao eliminar esta gigantesca região de ADN no peixe graças à tecnologia CRISPR/Cas9 - tesouras genéticas que permitem a edição do genoma - a equipa observou a perda de expressão de genes na cloaca, mas não nas barbatanas.
Expressão do gene Hox13 no peixe-zebra (Duboule et al., Nature, 2025) © Brent Hawkins
Este resultado surpreendente sugere que a cloaca - órgão onde os sistemas intestinal, excretor e reprodutor se encontram nas suas extremidades em muitas espécies - foi reutilizada nos vertebrados terrestres para desenvolver os dedos. "O ponto comum entre a cloaca e os dedos é que ambos representam partes terminais. Por vezes o fim de tubos no sistema digestivo, por vezes o fim dos pés e das mãos, ou seja, os dedos. Ambos marcam portanto o fim de algo", menciona Aurélie Hintermann, antiga doutoranda na UNIGE, agora pós-doutorada no Instituto Stowers (EUA) e coautora do estudo realizado no âmbito do seu doutoramento.
Reciclagem evolutiva
Em particular, as paisagens regulatórias em questão controlam a ativação dos genes Hox, ditos "genes arquitetos". Estabelecem o plano de organização do corpo, determinando a posição e a identidade de segmentos ou órgãos. Atuam no topo de uma rede complexa de milhares de genes operacionais, dirigindo a sua expressão. Uma mutação nestes genes pode portanto levar a modificações anatómicas profundas, explicando certamente o seu envolvimento determinante na evolução.
"O facto de estes genes estarem envolvidos é um exemplo impressionante de como a evolução inova, reciclando o velho para fazer algo novo", comenta Denis Duboule, professor na UNIGE e no Collège de France, e iniciador do estudo. "Em vez de construir um novo sistema regulatório para os dedos, a natureza desviou um dispositivo existente, inicialmente ativo na cloaca".
Uma nova peça no quebra-cabeças da evolução
Não são portanto apenas os genes operacionais ou codificantes que evoluem, mas sobretudo a arquitetura da sua regulação. E por vezes, uma região inteira pode ser reciclada noutro contexto morfológico, como é o caso da cloaca para os dedos. Resta agora descobrir não onde é que estas modificações aparecem no genoma, mas como, de forma a continuar a descrever os mecanismos da evolução e explicar a passagem de um antepassado aquático distante para o peixe e o humano atuais.