Estudo mostra que borboletas e uma mariposa reutilizaram dois genes de cor por 120 milhões de anos

Um estudo recente mostrou que diferentes espécies de borboletas e uma mariposa recorreram repetidamente aos mesmos dois genes de cor para gerar padrões de coloração de aviso quase idênticos ao longo de 120 milhões de anos.

A descoberta contraria uma ideia comum sobre a evolução ao sugerir que certos resultados podem se parecer menos com acaso e mais com trajetos que se repetem.

A cor das asas revela padrões compartilhados

Ao analisar asas preservadas e amostras de DNA de insetos pouco aparentados que vivem em florestas tropicais da América do Sul, os pesquisadores encontraram os mesmos desenhos de advertência surgindo de novo.

Ao relacionar o aspecto das asas aos dados genéticos, o professor Kanchon K. Dasmahapatra, da Universidade de York, associou essa semelhança a dois genes de cor.

Como o padrão aparecia em linhagens distantes entre si na árvore evolutiva, o visual parecido não dependia de parentesco próximo.

Essa repetição tão restrita aponta para mecanismos de controle no DNA que voltaram a mudar sob a mesma pressão, vez após vez.

Genes de borboletas foram reutilizados

As varreduras de DNA destacaram dois genes de cor em borboletas, ivory e optix, que reapareciam ligados aos mesmos padrões de advertência.

O ivory pode interferir na pigmentação escura ao alterar se as células das escamas - pequenas células da asa que produzem a cor - recebem instruções para escurecer.

Já o optix emitia um sinal separado perto de áreas laranja e pretas, sobretudo nas asas traseiras desses insetos.

Essa divisão permite que regiões diferentes da asa se modifiquem enquanto o plano corporal mais amplo se mantém estável ao longo do tempo.

Interruptores moldam a cor

A mudança de cor ocorreu principalmente por meio de “interruptores” de controle, e não pela reescrita das partes funcionais dos genes. Esses interruptores genéticos - trechos de DNA que ligam ou desligam genes - ficavam próximos de ivory e optix.

Quando um interruptor permanecia ativo em uma área, o pigmento correspondente aparecia; quando esse controle se silenciava, outra cor podia surgir.

Assim, pequenos elementos regulatórios conseguem redesenhar uma asa sem afetar grande parte do restante do animal.

Interruptores de borboletas controlam cores em mariposas

A mariposa de hábito diurno Chetone histrio trazia seu padrão dentro de uma inversão - um segmento de DNA invertido em ordem reversa.

Essa inversão abrangia cerca de um milhão de letras de DNA e incluía o gene ivory, prendendo várias alterações de padrão em conjunto.

Na borboleta Heliconius numata, trabalhos anteriores já haviam ligado um supergene - um “pacote” de DNA encadeado que tende a ser herdado junto - a múltiplas formas de advertência.

Essa correspondência levou a repetição além dos nomes de genes, alcançando também a forma como o DNA fica organizado fisicamente.

Edição genética confirma as funções

Na borboleta Mechanitis messenoides, uma espécie de floresta tropical com formas amarelas e laranja-preto, a edição genética tornou a associação ainda mais difícil de contestar.

Com uma ferramenta de edição que corta o DNA, os cientistas romperam o gene ivory e escamas pretas e laranja passaram a ficar amarelas.

Quando a equipa interrompeu o gene optix, escamas laranja ficaram pretas, o que indicou um caminho separado para a pigmentação escura.

Durante o crescimento das asas dentro da crisálida - o invólucro pupal em que o adulto se forma - a atividade de ivory antecipou qual seria o desenho do adulto.

Predadores impulsionam as cores de advertência nas asas

Nas florestas sul-americanas, o anel de mimetismo tigre - um conjunto de espécies que compartilham padrões de advertência - reúne mais de 100 espécies.

Quando aves provam um membro tóxico, podem passar a evitar outros com as mesmas cores, o que ajuda a proteger todo o grupo. Essa vantagem partilhada de sobrevivência empurrou muitas espécies para sinais visuais semelhantes.

No Instituto Wellcome Sanger, um centro de pesquisa em DNA perto de Cambridge, cientistas conectaram esses padrões repetidos de advertência a genes específicos.

“Essas borboletas distantes entre si e a mariposa são todas tóxicas e de sabor desagradável para aves que tentam comê-las”, disse a professora Joana I. Meier, autora sênior no Instituto.

Mesmos genes, mudanças diferentes

As cores parecidas nas asas não significaram mutações idênticas; em vez disso, a equipa observou alterações concentradas nas proximidades dos mesmos genes.

Entre as borboletas, a maioria dos interruptores de cor estava fora dos próprios genes, em regiões do DNA que controlam quando e onde eles se ativam.

Isso é importante porque uma alteração regulatória pode redesenhar um trecho de asa sem comprometer todas as funções que um gene desempenha.

O quadro resultante explica como espécies distantes conseguem convergir para um visual semelhante mantendo, ao mesmo tempo, histórias evolutivas próprias.

DNA emprestado perde força

Parentes próximos às vezes podem adquirir um padrão vantajoso por introgressão - a passagem de DNA entre espécies após cruzamentos.

Aqui, a equipa encontrou pouca evidência de que esse “empréstimo” tenha construído os padrões tigre repetidos no grupo estudado.

Mesmo onde houve troca de DNA mais ampla entre espécies, as regiões-chave de cor exibiram, em grande parte, mudanças independentes nas proximidades dos mesmos genes.

Isso torna a repetição ainda mais marcante, porque asas semelhantes surgiram sem que o mesmo DNA simplesmente circulasse entre as espécies.

A previsão permanece cautelosa

A previsibilidade na evolução continua com limites, já que o estudo examinou cores de advertência, e não todo tipo de característica em todas as linhagens.

“Investigando sete linhagens de borboletas e uma mariposa de hábito diurno, mostramos que a evolução pode ser surpreendentemente previsível, e que borboletas e mariposas têm usado exatamente os mesmos truques genéticos repetidamente para alcançar padrões de cor semelhantes desde a época dos dinossauros”, explicou Dasmahapatra.

Ainda assim, a repetição foi ampla o bastante para desafiar a visão de que a adaptação seria apenas um lançamento de dados.

Pesquisas futuras podem testar se outras características visíveis também conduzem a adaptação por meio de interruptores estreitos sob pressão intensa.

Essas asas de advertência antigas agora expõem um padrão: predadores empurraram muitas espécies para visuais parecidos, e o DNA respondeu por meio de controles reutilizáveis.