Como a natureza “inventa” novas maneiras de ser: A borboleta branca e o DNA parasita

A maravilha (Colias croceus) é uma das borboletas mais comuns em Portugal, mas algumas fêmeas possuem uma coloração diferente da maioria. Foto: Rui Andrade

Podemos compreender melhor a natureza se olharmos para além da superfície que os nossos olhos conseguem discernir. Para o DNA de uma borboleta, por exemplo. É disso que nos fala Pedro Andrade, investigador a trabalhar em biologia evolutiva no CIBIO-InBIO (Universidade do Porto).

 

Conhecer o mundo natural que nos rodeia é sem dúvida um dos principais prazeres de qualquer naturalista. Estamos habituados a olhar para uma floresta, uma pradaria marinha, um carreiro de formigas ou um guarda-rios solitário, e a apreciar a beleza e complexidade dos seres vivos e do seu meio.

A natureza faz-se de complexidade a muitos níveis, e podemos compreender melhor a natureza que nos rodeia se decidirmos também olhar por baixo da superfície que os nossos olhos conseguem discernir, e analisarmos a biodiversidade em todos os seus níveis: de ecossistemas, de espécies e genética.

Um bom exemplo é a maravilha (Colias croceus), uma borboleta verde-alaranjada que é facilmente observável em qualquer jardim no nosso país. O leitor mais atento poderá já ter reparado que algumas destas borboletas, em particular algumas das fêmeas, aparecem sob uma forma esbranquiçada, designada por “hélice”, ou “alba”.

 

A maravilha (Colias croceus) é uma das borboletas mais comuns em Portugal, mas algumas fêmeas possuem uma coloração diferente da maioria. Foto: Rui Andrade

 

Estas borboletas são pouco comuns quando comparadas com as habituais alaranjadas, mas a sua existência é reconhecida pelos naturalistas clássicos pelo menos desde o início do século XIX, e alguns pensavam mesmo que seria uma espécie diferente. O que explicará a subsistência de formas tão distintas numa população? Será acaso? E poderá uma simples variação de cor afetar a ecologia de uma espécie?

Vários estudos que foram sendo feitos ao longo do século XX, e já em anos mais recentes, demonstram que as diferenças vão para além da cor – as fêmeas “alba” têm maior fecundidade e desenvolvem-se mais rapidamente durante a fase pupal. Em contrapartida, as fêmeas laranja são preferidas pelos machos quando existem outras borboletas brancas na mesma zona (como as borboletas-da-couve).

 

 

Vista dorsal do macho (topo), fêmea (centro) e fêmea “alba” (baixo). As duas formas de fêmeas têm uma coloração muito distinta. Fotos: The Trustees of the Natural History Museum, London, licença CC-4.0

 

Cada forma tem as suas vantagens e desvantagens, como uma balança equilibrada. Estas diferenças ajudam-nos a perceber o que mantém esta variabilidade na população, mas para perceber o que está na sua origem precisamos de ir mais fundo.

Já desde o século XIX se percebeu que a forma “alba” está ligada a um fator genético dominante em várias espécies de Colias, já que basta receber este fator de um dos pais para que ele se manifeste (geralmente um animal possui duas versões de cada pedaço de informação genética, uma de cada progenitor).

Recentemente, recorrendo à comparação de genomas de borboletas de ambas as formas, percebeu-se que apenas uma coisa difere de forma consistente entre ambas – nas imediações de um simples gene chamado BarH-1 as borboletas “alba” possuem um pequeno pedaço de DNA extra. O funcionamento alterado deste gene nas “alba” interage com vários componentes da fisiologia das borboletas, gerando esta combinação de características (entre outras coisas, já se sabia antes que este gene é fundamental para a deposição de pigmentos coloridos nos olhos das moscas).

Este próprio pedaço extra de DNA é em si também curioso, e demonstra uma faceta por vezes desconhecida da (nossa) natureza, e que apenas o conhecimento da genética consegue desvendar. Trata-se de um transposão, que não é mais do que um fragmento de DNA viral que se adaptou a uma “vida” completamente “parasítica” (estes termos são usados aqui de forma muito livre), sobrevivendo como parte integrante da nossa informação genética, integrando cópias de si próprio ao longo do genoma.

Se o nosso genoma fosse um livro de receitas, seria como se uma página se copiasse a si própria e colasse a cópia fora de ordem noutro sítio qualquer do livro. Para terem uma ideia, quase metade do genoma de qualquer humano é formado por este tipo de elementos, na grande maioria dos casos sem grandes consequências no funcionamento do organismo (aparentemente).

 

O nosso genoma está cheio de transposões, pequenos pedaços de DNA que se copiam e colam a si próprios noutras partes da cadeia de informação genética. Na maravilha, a inserção da cópia num novo sítio alterou o funcionamento do seu “livro de receitas”, mas apenas algumas borboletas desta espécie possuem esse DNA alterado. Imagem: Marius Walter, licença CC-4.0

 

Várias espécies de Colias possuem estas duas variantes de cor, e em todas elas o mecanismo é o mesmo (um fator dominante causa a cor branca, apenas nas fêmeas). Por isso, é bastante provável que a espécie ancestral da maravilha e das outras espécies aparentadas já tivesse esta variabilidade, que se foi mantendo à medida que o grupo se diversificou.

Algures no passado, há alguns milhões de anos, um transposão fez uma cópia de si mesmo que se implantou noutro local do genoma dessa “maravilha-primordial”, fazendo surgir uma nova forma que tinha, entre outras diferenças, uma nova cor. É raro um acontecimento destes afetar uma porção funcional do genoma, e ainda mais raro dar origem a uma variante que confere alguns benefícios, mas dada a longa escala do tempo em que a evolução opera, eventualmente acontecem estes incidentes. Assim se explica (uma das muitas maneiras) como a natureza “inventa” novas maneiras de ser…

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Referência: Woronik, A., Tunström, K., Perry, M. W., Neethiraj, R., Stefanescu, C., de la Paz Celorio-Mancera, M., … & Wheat, C. W. (2019). A transposable element insertion is associated with an alternative life history strategy. Nature Communications, 10(1), 1-11.

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Pedro Andrade trabalha como investigador em biologia evolutiva no CIBIO-InBIO, Centro de Investigação em Biodiversidade e Recursos Genéricos (Universidade do Porto), sobretudo com projetos relacionados genética de animais selvagens e domésticos.