A criação não intencional de híbridos “sturddlefish” pode iluminar os mecanismos genômicos que governam se as espécies podem cruzar.
Suas mães eram esturjões russos – grandes carnívoros com barrigas cremosas, focinhos curtos e arredondados e escamas verdes semelhantes a dragões. Seus pais eram peixes-remos americanos – alimentadores de filtros de pele lisa e focinhos alongados e sensíveis. “Sturddlefish”, como esses híbridos têm sido apelidados desde que os pesquisadores na Hungria anunciaram recentemente sua criação, vão surpreendentemente muito além dos cruzamentos clássicos como mulas e ligres, cujas espécies-mãe ficam próximas umas das outras na árvore da vida. O Sturddlefish resulta da fusão de diferentes famílias taxonômicas.
“Eu continuo confuso. Meu queixo ainda está no chão”, disse Prosanta Chakrabarty, ictióloga da Louisiana State University e curadora de peixes em seu Museu de Ciências Naturais. “É como se eles tivessem uma vaca e uma girafa fazendo um bebê.” Então, ele rapidamente se corrigiu, porque as linhagens desses dois ruminantes se dividiram apenas algumas dezenas de milhões de anos atrás. Os caminhos evolutivos dos peixes-remo e do esturjão divergiram há 184 milhões de anos. Para esses peixes, a reprodução é mais como “se um humano saísse de um ovo de ornitorrinco”, disse ele.
Os híbridos são frequentemente desprezados como violações estranhas das regras que mantêm as espécies distintas. Mas o interesse científico por eles cresceu com a crescente evidência de que os híbridos na natureza podem ser importantes tanto no surgimento de novas espécies quanto na conservação de espécies à beira da extinção.
Como os novos peixes-fortes são tão radicais, eles estão abalando a compreensão dos cientistas sobre quais tipos de híbridos podem ser possíveis e quais espécies podem ser mais propensas a cruzar com sucesso. Os estudos com os novos peixes também podem fornecer informações profundas sobre como os genomas funcionam em geral.
Caviar e determinação do sexo
A hibridização desses esturjões e peixes-remo não foi intencional, mas não foi precisamente um acidente. Na verdade, os pesquisadores que o planejaram estavam contando com o fracasso da cruz para que pudessem aprender algo sobre como o sexo é determinado nos esturjões russos.
Em mamíferos e pássaros, o sexo masculino e feminino é geralmente determinado por genes específicos do sexo em cromossomos específicos do sexo. Mas entre os peixes, vale tudo: alguns peixes têm cromossomos sexuais, enquanto outros pegam dicas de desenvolvimento sexual de seus ambientes ou transição de um sexo para outro. Ninguém sabe ao certo como os esturjões fazem isso, mas muitos estão ansiosos para saber porque os ovos de esturjão são altamente apreciados como caviar (alguns caviar de alta qualidade custam mais de US $ 180 a onça). Se os pesquisadores conseguirem descobrir como cultivar estoques russos de esturjão, em sua maioria fêmeas, isso poderá aliviar o problema notório da pesca excessiva de populações selvagens.
Uma forma de determinar o que define o sexo dos esturjões russos é a ginogênese – uma forma de reprodução assexuada em que um óvulo e um espermatozóide se fundem, mas apenas os genes da mãe são transmitidos ao embrião resultante. “Você quer ativar o óvulo, mas não quer nenhuma contribuição de DNA do macho”, explicou Ken Semmens, biólogo de aquicultura da Universidade Estadual de Kentucky. A ginogênese às vezes ocorre naturalmente entre os peixes, mas os biólogos marinhos e a indústria da aquicultura também a usam como uma ferramenta para estudar a determinação do sexo: todos os descendentes são essencialmente meio-clones de sua mãe, então se todos eles são fêmeas, então você sabe que as fêmeas são determinados por ter um par de cromossomos sexuais idênticos – como nos mamíferos. Se os descendentes forem todos machos, então as fêmeas serão o sexo com dois cromossomos diferentes (que é o caso dos pássaros). Se apenas alguns forem machos … bem, então algum fator ambiental também está em jogo.
No ano passado, no Instituto de Pesquisa de Pesca e Aquicultura da Hungria, o engenheiro de aquicultura Jen’ Káldy, junto com o ecologista de peixes Attila Mozsár, estava fazendo experiências com ginogênese em esturjões russos sob a direção do geneticista aqüícola Miklós Bercsényi da Universidade da Panônia. Para tanto, os pesquisadores húngaros precisavam de espermatozoides que não poderiam fertilizar os óvulos de esturjão.
O espermatozóide de paddlefish parecia uma aposta segura. O peixe-pá americano (Polyodon spathula), que é diplóide, tem 60 pares de cromossomos, enquanto o esturjão russo (Acipenser gueldenstaedtii), que é tetraploide, tem quatro conjuntos totalizando cerca de 250 cromossomos (os cromossomos são tão numerosos e alguns são tão pequenos que é difícil para contá-los de forma confiável). Quase 200 milhões de anos de evolução independente deveriam ter semeado o DNA das duas espécies com incontáveis desajustes e incompatibilidades genéticas – de genes ausentes e adicionados a rearranjos e realocações de genes, a ajustes mutacionais na expressão gênica. Parecia certo que as células híbridas teriam dificuldade em descobrir como alinhar seus cromossomos durante a divisão celular e quais genes ativar ou desativar.
Jen? Káldy et al, doi.org/10.3390/genes11070753
Além disso, os aquicultores já haviam usado espermatozoides de peixes-remo para desencadear a ginogênese em outras espécies de esturjão e vice-versa, e nenhum desses experimentos jamais produziu cruzamentos. A equipe húngara tinha todos os motivos para estar confiante de que seus peixes não poderiam se hibridizar.
Mas quando Káldy e Mozsár expuseram os ovos do esturjão russo a espermatozóides saudáveis do peixe-paddle como um controle para seu experimento, eles ficaram surpresos ao ver que a vasta maioria dos ovos eclodiu em descendentes híbridos vivos. “Eles me ligaram e disseram que algo estava errado, porque todo o controle está vivo”, lembrou Bercsényi. “Eu disse: ‘Jen, você cometeu um grande erro. Por favor, repita a experiência.'” E então Káldy fez – mas o resultado foi o mesmo.
“Nunca quisemos brincar com a hibridização”, disse Mozsár. “Era apenas um controle negativo, que encontrou, de alguma forma, uma maneira de viver.”
No início, Káldy não acreditou que os alevinos fossem híbridos: como eles se pareciam com esturjões normais quando jovens, eles podem ter vindo de ginogênese espontânea ou de alguma outra “explicação mais razoável”, disse ele. Mas uma análise genômica feita por Gyöngyvér Fazekas, um colega do Instituto de Pesquisa de Pesca e Aquicultura, e Balázs Kovács, geneticista aquícola da Universidade Szent István, confirmou que a equipe realmente tinha mais de cem híbridos crescendo em seus tanques.
Como a equipe de Bercsényi descreveu em seu recente artigo na Genes, alguns dos híbridos têm três cópias de cada cromossomo, um meio genoma de cada pai. Mas outros híbridos têm cinco cópias de cada cromossomo: eles de alguma forma receberam o equivalente ao genoma completo de sua mãe esturjão mais um meio genoma de seu pai peixe-paddle. Os corpos dos peixes-fortes combinam características de ambos os pais, mas aqueles com mais DNA de esturjão se parecem mais com sua mãe – eles têm mais escamas distintas de esturjão chamadas escamas, por exemplo.
DNA extra pode ser o suficiente
Como podem esses híbridos aparentemente impossíveis existir?
O palpite de Chakrabarty é que a resposta está na taxa relativamente lenta de evolução que ocorre neste grupo de peixes. Os Polyodontidae (peixes-remos) e Acipenseridae (esturjões) são as últimas famílias vivas na ordem Acipenseriformes, e estudos sugerem que ambos têm taxas de mutação muito lentas. Apesar dos éons de evolução independente separando-os, talvez seus genomas simplesmente não tenham divergido o suficiente para proibir a hibridização. Mas isso levanta a questão de por que as tentativas anteriores de hibridização entre esturjões e peixes-remo falharam.
Semmens se inclina para uma hipótese diferente: que a hibridização bem-sucedida tem a ver com o genoma extragrande do esturjão russo. Os genomicistas pensam que os ancestrais dos esturjões eram diplóides até que todos os seus cromossomos dobrassem e os peixes se tornassem tetraplóides. Mas apenas algumas espécies – incluindo o esturjão russo – mantiveram seus cromossomos extras. Como resultado, é possível que o genoma do esturjão russo carregue redundâncias e variações suficientes nos genes para ajudar os híbridos a sobreviver a incompatibilidades no DNA de seus pais.
Na década de 1980, Semmens tentou fazer um peixe-forte combinando esperma de esturjão com nariz-de-pá com ovos de peixe-pá; os ovos começaram a se desenvolver, mas depois pararam. Como essas duas espécies de peixes são consideradas diplóides, nenhum deles tinha DNA “extra” para oferecer como um poder tetraplóide. “Talvez essa seja a razão pela qual o híbrido deles funcionou e o nosso híbrido não”, pensou Semmens.
Chegar ao fundo desse mistério inevitavelmente revelará muito sobre como as barreiras reprodutivas funcionam no nível genético, não apenas em peixes primitivos, mas em outros animais. “Estudar esse tipo de híbrido pode ajudar muito na compreensão dos processos evolutivos”, disse Bercsényi, “e eles oferecem boas ferramentas também para estudar a função dos genes”. Por exemplo, esturjões e peixes-paddle têm muitos microcromossomos super pequenos que são pouco compreendidos. Chakrabarty está ansioso para ver se o sturddlefish pode ajudar os pesquisadores a entender como funcionam os microcromossomos.
A equipe de Bercsényi não planeja fazer mais peixes-fortes imediatamente, mas eles estarão colaborando com pesquisadores no Japão e em outros lugares para estudá-los. Se os híbridos se mostrarem mais resistentes em cativeiro do que seus peixes pais, ou se eles produzirem mais ovos, é mais do que provável que alguém queira mais deles.
No momento, porém, não está claro se os híbridos produzirão ovos ou se esses ovos serão viáveis, advertiu Bercsényi. Os ictiologistas nem conseguem distinguir os machos das fêmeas antes de os peixes completarem dois anos. Dada a lenta maturação de ambas as espécies progenitoras, Bercsényi diz que levará um “mínimo de três anos” para criar os peixes em água quente (20 graus Celsius) antes de se saber se eles são férteis.
Publicado em 07/08/2020 17h52
Artigo original:
Achou importante? Compartilhe!
Assine nossa newsletter e fique informado sobre Astrofísica, Biofísica, Geofísica e outras áreas. Preencha seu e-mail no espaço abaixo e clique em “OK”: