A vida começou na Terra há mais de 3,5 bilhões de anos, mas a história dos humanos e de outros vertebrados representa apenas uma fração dessa escala de tempo. Acredita-se que os cordados (um grupo que inclui vertebrados) e equinodermos (como estrelas do mar e ouriços-do-mar) evoluíram de um ancestral comum deuterostômio há cerca de 500 milhões de anos. No entanto, como o plano corporal complexo e sofisticado dos cordados evoluiu ainda não está totalmente claro, apesar de sua importância do ponto de vista da biologia evolutiva e do desenvolvimento. Este tópico tem sido, portanto, objeto de muito debate entre os especialistas há muito tempo.

Agora, uma resposta está à vista, graças a um estudo recente publicado na revista Developmental Biology pelo Dr. Hitoshi Tominaga, Dr. Koki Nishitsuji e Prof. Noriyuki Satoh do Instituto de Okinawa de Ciência e Tecnologia da Universidade de Pós-Graduação.

Tanto o desenvolvimento embriológico quanto o larval em animais são regulados por um conjunto de genes de padronização cuja expressão fornece um projeto do plano corporal. "Os equinodermos são um grupo irmão dos cordados . Portanto, insights sobre seus padrões de desenvolvimento podem fornecer informações úteis sobre o desenvolvimento do plano corporal em cordados. Portanto, examinamos os padrões de expressão gênica durante os estágios de desenvolvimento em estrelas do mar, especialmente porque seu modo de embriogênese é mais comum entre os equinodermos do que entre os ouriços-do-mar ", diz o Prof. Satoh, que liderou este estudo.

Para a análise da expressão, a equipe mirou nas gástrulas (embriões) e nas larvas bipinárias da estrela-do-mar, também conhecida pelo nome científico Patiria pectinifera. Eles analisaram a expressão gênica no nível de célula única nessas larvas usando sequenciamento de RNA e classificaram cada célula em 22 grupos com base em seus perfis específicos e compartilhados de expressão gênica relevante para o desenvolvimento .

"Anteriormente, só podíamos examinar a expressão de RNA no nível do tecido por genes únicos, o que nos dava apenas uma visão ampla dos planos de desenvolvimento", explica o Dr. Tominaga.

Seu colega, Dr. Nishitsuji, acrescenta: "Avanços como o sequenciamento de RNA de célula única nos deram a capacidade de dissecar esses processos no nível celular por um conjunto de genes".

Por meio da análise de sequenciamento de RNA, os pesquisadores desenvolveram um mapa de fatores de transcrição relevantes para o desenvolvimento e genes de moléculas de sinalização expressos em várias estruturas de desenvolvimento – incluindo ectoderma oral e aboral, placa apical, intestino posterior e intestino médio, endomesoderma, estomodeu e mesênquima em gástrulas, bem como neurônios, bandas ciliares, enterocele e músculos em larvas.

O próximo passo foi comparar este mapa com um mapa do plano do corpo larval dos cordados baseado na expressão de genes homólogos (semelhantes entre duas espécies diferentes) relevantes para o desenvolvimento. Anfioxo, um antigo cordado que se acredita representar a origem de vertebrados como os humanos, foi escolhido como modelo de cordado. Atenção especial foi dada às bandas ciliares, celoma, estomodeu e faringe de larvas de equinodermos . Por meio da análise comparativa de estrelas do mar e larvas de anfioxo, os pesquisadores propuseram uma nova ideia de como o plano corporal dos cordados evoluiu de um ancestral deuterostômio.

O Prof. Satoh elabora: "Através desta análise e comparação de genes homólogos , pudemos entender quais tecidos ou células do ancestral podem ter evoluído para estruturas de cordados e estruturas ambulacrárias também."

Especificamente, a equipe descobriu que o sistema nervoso dos cordados, como o dos humanos, evoluiu de uma região embrionária do ancestral que corresponde às bandas ciliares do equinodermo. Além disso, o mesoderma lateral do cordado – que dá origem a estruturas como o sistema circulatório e os músculos da parede corporal – provavelmente evoluiu do celoma do equinodermo do embrião no ancestral deuterostômio. Por fim, o organizador de Spemann, responsável por induzir o desenvolvimento das células neurais, surgiu do estomodeu equinodermo do embrião do ancestral.

Juntos, os resultados fornecem um modelo potencial de desenvolvimento de equinodermos e cordados a partir de um ancestral comum deuterostômio. Este modelo responde a uma questão central na biologia evolutiva do desenvolvimento , explicando como animais de diferentes táxons desenvolveram seus planos corporais característicos e como esses planos divergiram em diferentes grupos com ancestralidade compartilhada. Este estudo representa um marco na pesquisa sobre a biologia evolutiva do desenvolvimento e lança luz sobre um aspecto fundamental de nossa própria história evolutiva.