Estudo revela como marsupiais formam membros anteriores antes do resto do corpo

Marsupiais desenvolvem os braços dos recém-nascidos antes de quase todo o restante do corpo começar a se formar, construindo membros anteriores funcionais enquanto o embrião ainda é apenas uma lâmina plana de células, de acordo com um novo estudo.

Nas duas espécies analisadas, uma saliência sem características definidas se transforma em um braço com garras e capaz de funcionar em cerca de quatro dias - muito antes de o embrião apresentar cabeça, coração ou coluna vertebral.

A descoberta coloca em xeque uma sequência que biólogos do desenvolvimento vinham tratando como uma regra fixa.

Em animais como galinhas e camundongos, uma camada de tecido primeiro se divide em duas, e suas células passam por uma mudança de estado antes que um membro consiga brotar.

Já os marsupiais “pulam” essa etapa no momento esperado, o que pode alterar a forma como cientistas explicam o crescimento de membros e os defeitos congênitos que interferem nesse processo.

O rastejo urgente do recém-nascido

Marsupiais nascem em um estágio incompleto após uma gestação incomumente curta.

Cegos, sem pelos e pouco além do que seriam embriões em outros mamíferos, os filhotes precisam rastejar pela barriga da mãe até alcançar um teto. Se não conseguem se prender, não sobrevivem.

Tudo depende das patas dianteiras. Ao nascer, os membros posteriores ainda são pequenos tocos, enquanto os membros anteriores já têm garras e força suficiente para puxar o recém-nascido adiante.

O Dr. Axel Newton, biólogo do desenvolvimento na Universidade de Melbourne, quis entender como um embrião consegue construir braços funcionais tão à frente do restante do corpo.

Estudando dois parentes distantes

Newton e seus colegas analisaram dois marsupiais com parentesco distante. Um deles foi o dunnart-de-cauda-gorda (Sminthopsis crassicaudata), um insetívoro australiano do tamanho de um camundongo.

O outro foi o gambá-de-cauda-curta-cinzento (Monodelphis domestica), da América do Sul.

Os embriões de gambá vieram da professora Karen Sears, da Universidade da Califórnia, Los Angeles (UCLA).

Como as linhagens das duas espécies se separaram há cerca de 80 milhões de anos, qualquer mecanismo que ambas compartilhem tende a ser algo comum aos marsupiais em geral.

Pulando uma etapa crucial

Na maioria dos animais, a formação dos membros começa com uma faixa de tecido que percorre cada lado do embrião no início do desenvolvimento. Em seguida, essa faixa se separa.

As duas camadas se afastam ao longo de um espaço preenchido por líquido, e a camada superior origina a parede do corpo e os membros, enquanto a inferior dá origem aos órgãos internos.

Há ainda um segundo passo. As células da camada superior mudam de “identidade”: deixam de ficar firmemente organizadas em uma folha ordenada e passam a se tornar células móveis, capazes de migrar, antes de se acumularem e formarem um broto de membro.

Um gatilho para o desenvolvimento do membro

Um estudo com embriões de galinha estabeleceu essa mudança de estado celular como o gatilho que dá início a um membro.

Com os marsupiais, isso não ocorre no mesmo ritmo. Quando a equipe de Newton fez cortes em embriões de dunnart e de gambá exatamente no momento em que os membros anteriores estavam surgindo, observou que o tecido ainda não havia se separado.

As duas camadas continuavam unidas como uma lâmina com uma ou duas células de espessura - mesmo assim, as células superiores já estavam se multiplicando e projetando-se para formar um broto de membro.

Até este trabalho, ninguém havia acompanhado um membro se formar dessa maneira. A transição completa, de um tecido sem marcações visíveis para um broto em crescimento, acontece em aproximadamente oito horas.

A separação física das camadas e a mudança de estado celular só se completam dias depois, quando o braço já está bem avançado.

Membros construídos em isolamento

O que torna o embrião de marsupial especialmente útil é aquilo que ainda não existe ao redor do membro.

Quando os membros anteriores aparecem, o embrião não tem somitos - blocos de tecido que mais tarde se tornam a coluna e os músculos - e sequer apresenta cabeça ou um coração batendo.

Biólogos chamam essa alteração de cronograma de heterocronia: uma parte do corpo dispara à frente do calendário considerado “normal”.

Em uma galinha no mesmo estágio de crescimento do membro, o embrião já exibe cabeça, coração em atividade e mais de 20 pares de somitos.

Esse isolamento permite testar quais sinais um membro realmente precisa receber para se formar. Um candidato é o ácido retinoico. Esse composto, liberado pelos somitos, era considerado um auxiliar importante para ativar o gene mestre do membro.

Mas os marsupiais desenvolvem membros anteriores sem somitos por perto, o que sugere que esse sinal não é indispensável para que um mamífero construa um braço. Outros estudos apontam na mesma direção.

Um novo modelo para a formação de membros

Uma análise separada, célula a célula, de embriões de gambá mostrou que o tecido do membro segue um cronograma muito mais adiantado do que em camundongos e coelhos, reforçando que essa aceleração começa nas fases mais iniciais da formação de órgãos.

Para Newton, esse “desacoplamento” é justamente o mais valioso. “Our previous understanding on how forelimbs grow has largely come from chicken or mice models, where many tissues grow at the same time.”

“The development of marsupial limbs in isolation from other tissues provides an excellent model to untangle how limbs first form.”

Pistas sobre defeitos em humanos

O estudo enfraquece uma suposição que vinha sendo mantida por muito tempo.

Separar a camada de tecido, criar o espaço preenchido por líquido e remodelar as células eram tratados como pré-requisitos para construir um membro - no entanto, marsupiais conseguem iniciar o processo sem cumprir essas etapas nessa ordem.

As etapas ainda acontecem, só que tarde: elas se completam depois que o braço já se formou.

Essa flexibilidade interessa a mais gente do que apenas biólogos evolucionistas. Às vezes, bebês humanos nascem com braços e mãos ausentes ou malformados, e esses problemas remontam a esses primeiros instantes da formação dos membros.

Um modelo em que o membro se desenvolve em isolamento, sem interferência de sinais vizinhos, oferece aos pesquisadores uma forma mais “limpa” de identificar quais etapas podem falhar.

Implicações para a conservação

O professor Andrew Pask, responsável pelo laboratório de Melbourne por trás do estudo, vê esse trabalho como fundamental para a conservação.

“Se não entendermos a biologia de como esses animais são construídos, não conseguiremos compreender plenamente suas vulnerabilidades, sua resiliência ou como intervir quando uma espécie está em apuros”, disse Pask.

Animais que por muito tempo foram deixados de lado em favor de camundongos e galinhas estão se mostrando justamente aqueles que revelam como os membros - e os corpos ao redor deles - são de fato construídos.

A regra nunca foi tão rígida quanto os livros didáticos faziam parecer.

Crédito da imagem: Dr. Axel Newton