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17/05/2010

Hemoglobina de mamute oferece mais pistas sobre sua evolução

The New York Times
Nicholas Wade
  • Ilustração mostra o esqueleto de um mamute pré-histórico

    Ilustração mostra o esqueleto de um mamute pré-histórico

Pela primeira vez em 43 mil anos, um mamute-lanoso respirou novamente sobre a terra.

Bem, não o mamute em si, mas sua hemoglobina, aquela coisa dentro dos glóbulos vermelhos do sangue que pega o oxigênio nos pulmões e o distribui aos tecidos. Ao reconstruir a hemoglobina dos mamutes, uma equipe liderada por Kevin L. Campbell, da Universidade de Manitoba, no Canadá, descobriu como a espécie, originalmente tropical, se adaptou para viver em temperaturas árticas.

O trabalho de Campbell levanta uma possibilidade surpreendente: a de que grande parte da fisiologia de animais extintos pode, algum dia, ser recuperada a partir do DNA extraído de seus restos mortais.

“Esse é um resultado bastante animador e inicia um novo capítulo em paleontologia, um assunto geralmente limitado a examinar ossos e dentes velhos”, disse Adrian Lister, especialista em evolução de mamutes do Museu de História Natural de Londres.

Os mamutes, apesar da associação com o norte congelado, surgiram nos trópicos – quando se separaram dos elefantes, há cerca de sete milhões de anos. Para adaptação ao frio das latitudes do norte, eles desenvolveram orelhas menores, uma grossa cobertura de pelos e glândulas na pele para manter a pelagem bem lubrificada.

Essas informações estão claras com seus restos mortais. Mas outros tipos de adaptação, que não sobreviveram, também foram necessários. A maioria dos animais árticos organiza seus vasos sanguíneos de forma que as artérias descendo uma perna consigam transferir calor às veias que sobem. O sangue que chega aos dedos do pé é, por isso, bastante frio, e o animal conserva muito calor enquanto permanece sobre terras congeladas.

Essa organização, entretanto, gera um problema para a hemoglobina, a proteína das hemácias que transporta oxigênio dos pulmões aos tecidos. O processo de descarregamento se torna muito menos eficiente em baixas temperaturas. Assim, animais como a raposa do ártico, cuja temperatura nos pés é apenas um grau acima do congelamento, têm alterações em seus genes de hemoglobinas para que sua proteína libere oxigênio mais facilmente em temperaturas bem mais baixas.

Campbell começou a estudar nove anos atrás, para saber se o mesmo era verdade para mamutes. Seu primeiro problema era descobrir quais, de diversos genes de globinas, eram ativos na espécie.

Genes de globinas formam as quatro cadeias de globinas a partir das quais a molécula de hemoglobina é montada. Os humanos possuem ao menos quatro genes de globina, chamados alfa, beta, gama e delta. A maioria das moléculas de hemoglobina no sangue humano consiste de duas cadeias alfa e duas cadeias beta, mas, em 10% do sangue, cadeias delta substituem as betas. O gene de globina gama é ativo somente no feto.

Campbell imaginou que o sistema de hemoglobina de elefantes vivos ofereceria o melhor direcionamento a como operavam os genes de globina de mamutes. Após um frustrado esforço em obter permissões para tomar amostras de elefantes selvagens, ele conseguiu o sangue de um elefante asiático chamado César, no zoológico Bowmanville, em Ontário.

Ele descobriu que, na linhagem do elefante, os genes globina beta e delta haviam trocado de DNA para criar uma cadeia híbrida beta-delta. Moléculas de hemoglobina de elefantes são compostas de duas cadeias do gene globina alfa, e duas do gene fundido beta-delta – e é razoável deduzir que os mamutes possuíam o mesmo sistema.

Com esse conhecimento, Campbell e seus colegas poderiam construir as ferramentas para encontrar os genes globina alfa e beta-delta a partir do DNA antigo de três mamutes siberianos preservados pelo gelo, que viveram entre 25 mil e 43 mil anos atrás. Eles descobriram que a cadeia alfa diferia, em uma de suas unidades de aminoácidos, em relação aos elefantes asiáticos, e a cadeia beta-delta diferia em três unidades.

O próximo passo da equipe era sintetizar cópias dos dois genes globinas do mamute. Em vez de fazer isso do zero, Campbell usou uma técnica para alterar unidades de DNA, uma por uma, e simplesmente converteu os dois genes globinas do elefante asiático nos quatro lugares diferentes à versão do mamute. Os genes do mamute foram, então, inseridos em bactérias que sintetizavam as duas cadeias de globinas do mamute, foram adicionados os átomos de ferro necessários, e as cadeias foram montadas para trabalhar como moléculas de hemoglobina. Com a hemoglobina do mamute em mãos, Campbell pôde finalmente abordar a questão de se suas alterações genéticas foram moldadas pela seleção natural, para ajudar os mamutes a sobreviver no frio. “É como se voltássemos 43 mil anos numa máquina do tempo e extraíssemos sangue de um mamute”, afirmou ele.

A resposta foi sim: num ambiente químico como o das hemácias, a hemoglobina reconstruída do mamute libera seu oxigênio mais prontamente em baixas temperaturas do que a de elefantes asiáticos.

As mudanças de DNA nos genes de hemoglobina do mamute diferem daquelas em outros animais árticos, uma instância de evolução convergente – ou de alcançar o mesmo fim por outra rota genética.

Uma espécie que não modificou seus genes de hemoglobina para lidar com as temperaturas árticas seriam os humanos. “Com nossa habilidade para criar luvas e chapéus, nós não precisamos desse tipo de alteração”, disse Campbell.

Atualmente, ele está reconstruindo importantes proteínas de outras espécies extintas – como o mastodonte, o rinoceronte-lanudo e a vaca-marinha de Steller, uma grande vaca-marinha que vivia no ártico.

Dois anos atrás, cientistas da Universidade Estadual de Pensilvânia sequenciaram uma grande parte do genoma do mamute, partindo do pedaço de um pelo de mamute. Eles publicaram a sequência junto à interessante sugestão de que, por apenas US$10 milhões, poderia ser possível completar a sequência e usá-la para criar um mamute vivo.

A sugestão não foi tão selvagem quanto pode parecer, dado que a ideia surgiu de George Church, um renomado tecnólogo de genoma da Faculdade de Medicina de Harvard. O genoma do mamute difere em cerca de 400 mil locais do genoma do elefante africano. Church está desenvolvendo um método para alterar 50 mil locais de uma só vez, embora não esteja atualmente aplicando isso a mamutes. Ao converter quatro locais do genoma do elefante à versão do mamute, Campbell ressuscitou ao menos uma pequena parte do mamute.

Reconstruir o animal inteiro levará um pouco mais de tempo. “Tenho 42 anos”, disse ele, “mas duvido que algum dia verei um mamute vivo”.

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