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Ciência29/11/2021

Como peixes do Pacífico vivem 200 anos? A resposta está nos genes

Sebastes ruberrimus, habitante de águas profundas ao longo da costa da Califórnia, vive mais de 140 anos. Crédito: foto cortesia da equipe de mergulho ROV do Southwest Fisheries Science Center

29/11/21 - 16h20min - Atualizado em 29/11/21 - 16h21min

O Sebastes (gênero de peixes) está no cardápio da orla do Oceano Pacífico, na maior parte com pouca consideração pela origem do peixe ou por qual das 137 espécies está no prato. Em geral, ele é identificado simplesmente como rockfish (“peixe-pedra”, em tradução literal) ou, incorretamente, como bacalhau ou pargo.

Mas esse peixe aparentemente anônimo – um dos vertebrados mais longevos da Terra – contém pistas sobre os genes que determinam a longevidade e as vantagens e desvantagens de viver mais.

Biólogos da Universidade da Califórnia em Berkeley (EUA) compararam os genomas de quase dois terços das espécies conhecidas de Sebastes que habitam águas costeiras ao redor do Oceano Pacífico. Em um estudo publicado na revista Science, eles relatam ter descoberto algumas das diferenças genéticas que fundamentam sua longevidade amplamente variável.

Alguns Sebastes, como o colorido Sebastes dallii, vivem pouco mais de uma década. Já o mais longevo do gênero, Sebastes aleutianus, encontrado do Japão às Ilhas Aleutas, pode permanecer no fundo do mar em águas costeiras profundas e frias por mais de 200 anos.

Evolução rápida

Sua ampla extensão de vida, sem falar nas diferenças de tamanho, estilo de vida e nicho ecológico, que os cientistas chamam de fenótipos, evoluiu ao longo de meros 10 milhões de anos. É uma das evoluções mais rápidas entre todos os peixes.

Para descobrirem os determinantes genéticos da longevidade do Sebastes, os pesquisadores obtiveram amostras de tecido (e ocasionalmente amostras de degustação) de 88 espécies e sequenciaram seus genomas completos com uma técnica de ponta de sequenciamento conhecida como Pacbio, ou SMRT. Eles descobriram uma variedade de genes associados a uma expectativa de vida mais longa, embora alguns desses genes envolvam adaptações para viver em maior profundidade e crescer, ambas as quais estão associados a um aumento da expectativa de vida. Entre os mamíferos, por exemplo, os elefantes vivem mais que os ratos.

As descobertas também destacam as desvantagens de uma vida longa, que inclui populações menores – algo também visto em mamíferos, com ratos de vida curta superando em número os elefantes de vida longa.

Influência mútua

“Neste estudo, identificamos as causas genéticas e as consequências da adaptação a uma longevidade extrema”, disse o autor sênior Peter Sudmant, professor assistente de biologia integrativa da Universidade da Califórnia em Berkeley. “É muito emocionante poder olhar para um grupo de espécies e ver como seu fenótipo foi moldado ao longo do tempo e as mudanças genéticas que impulsionam esse fenótipo e, simultaneamente, como esse fenótipo então se retroalimenta e influencia a diversidade genética dessa população.”

Sudmant reconhece que muitas das vias biológicas que ele e sua equipe descobriram estar associadas à expectativa de vida foram identificadas antes em estudos genéticos de variação dentro de uma única espécie animal, embora esse estudo implique vários novos genes nessas vias. No entanto, a variação natural dentro desse gênero de peixe que se irradiou por todo o Oceano Pacífico encapsula de maneira única a maioria dos muitos fatores genéticos que influenciam a longevidade.

“Você poderia pensar no Sebastes como uma espécie de tempestade perfeita. De certa forma, tanto em um nível individual – tendo peixes individuais capazes de viver por muito tempo devido às adaptações de tamanho e profundidade – como também tendo todas essas espécies diversas que estão mostrando essas tendências diferentes”, disse ele. “Elas são um conjunto perfeito de indivíduos para observar, onde outras pessoas apenas tinham uma única espécie para olhar.”

Alvos de tratamento

O estudo também tem implicações para a compreensão da expectativa de vida humana. Sudmant e seus colegas descobriram que as espécies de vida mais longa tinham mais genes moduladores do sistema imunológico – em particular, um grupo chamado butirofilinas – do que as espécies de vida curta.

Como o sistema imunológico está envolvido na regulação da inflamação, e o aumento da inflamação está implicado no envelhecimento humano, as descobertas apontam para genes que podem ser alvos da terapêutica para reduzir os danos do corpo relacionados à idade.

“Há uma oportunidade aqui de olhar a natureza e ver como as adaptações naturais moldaram a expectativa de vida e pensar sobre como esses mesmos tipos de genes estão agindo em nossos próprios corpos”, disse ele.

Tamanho e habitat explicam muitas variações

Os pesquisadores procuraram variações de DNA que eram mais comuns em peixes com vidas mais longas e encontraram 137 variações de genes associadas à longevidade.

Nem todos eles têm um efeito direto na expectativa de vida, no entanto. Os pesquisadores tiveram o cuidado de separar as variações genéticas que permitiram ao Sebastes se adaptar a profundidades maiores e crescer para um tamanho maior, uma vez que essas adaptações têm o efeito colateral de aumentar a expectativa de vida. Águas mais profundas e frias desaceleram o metabolismo, por exemplo, o que está associado a uma vida útil mais longa em muitos animais.

“Podemos explicar 60% da variação na expectativa de vida apenas observando o tamanho na maturidade e a profundidade em que um peixe vive”, disse Sudmant. “Portanto, você pode prever a expectativa de vida com precisão bastante elevada apenas a partir desses fatores. Isso nos permitiu identificar os genes que propiciam que eles façam essas coisas.”

Aprimoramentos

O restante da variação associada à longevidade envolveu principalmente três tipos de genes: um enriquecimento no número de genes para reparar o DNA; variações em muitos genes que regulam a insulina, que há muito se sabe que influencia a longevidade; e um enriquecimento para genes que modulam o sistema imunológico. Mais genes de reparo de DNA podem ajudar a proteger contra o câncer, enquanto mais genes imunológicos podem ajudar a evitar infecções, assim como o câncer.

“Seis membros diferentes da via de sinalização da insulina estão sob seleção nesses peixes”, disse Sudmant. “Se você olhar os livros didáticos, verá que há cerca de nove ou dez membros principais da via; então, a maioria deles está sob seleção no Sebastes.”

Essencialmente, disse Sudmant, algumas espécies de Sebastes estenderam sua vida simplesmente se adaptando para viver em águas mais profundas e frias e aumentando seu tamanho. As espécies de vida mais longa, no entanto, aumentaram sua expectativa de vida ainda mais aprimorando o reparo do DNA, a sinalização de insulina e genes de modulação imunológica.

Evolução observada

A partir dos 88 genomas de Sebastes, os pesquisadores também conseguiram inferir como era o genoma ancestral do gênero e como as espécies evoluíram a partir desse ancestral comum há 10 milhões de anos. Com o aumento da expectativa de vida, eles descobriram, também veio a diminuição dos níveis populacionais. Algumas das espécies de vida mais longa sobrevivem hoje em pequenos números que dependem de fêmeas muito velhas, mas muito férteis, para reabastecer a população. Essas fêmeas grandes, velhas, gordas e fecundas (ou, na sigla em inglês, Boffff, como são conhecidas nos círculos de conservação de peixes) produzem a maioria dos descendentes – às vezes na casa dos milhões por ano, embora com uma baixa taxa de sobrevivência – que semeiam a próxima geração.

“Nesses Sebastes, podemos realmente assistir a essa evolução acontecendo ao longo deste período de 10 milhões de anos. Observamos que quando algumas espécies evoluem em um curto período de vida, o tamanho de sua população se expande, e quando eles evoluem por um longo tempo de vida, seu tamanho populacional se contrai”, disse ele. “Podemos ver uma assinatura disso em seus genomas, na variação genética que existe nessas espécies. Portanto, há uma consequência na adaptação à vida longa e à curta.”

Uma descoberta intrigante, disse ele, é que as espécies de vida longa têm um excesso de certos tipos de mutações de DNA – especificamente, a conversão do par de nucleotídeos CG (citosina-guanina) em TG (timina-guanina) – conhecido por se acumular em tumores com o envelhecimento. Como as fêmeas mais velhas dessas espécies de vida longa produzem a maior parte da prole, essas alterações genéticas incomuns são repassadas para o resto da população de longa vida.

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