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Como o inseto ganhou suas asas: os cientistas (finalmente!) Contam a história
As asas dos insetos, confirmou a equipe, evoluíram a partir de uma protuberância ou
Por Laboratório Biológico Marinho - 01/12/2020


Injeção de solução CRISPR em embriões de crustáceos (Parhyale hawaiiensis). Crédito: Heather Bruce

Parece uma "história justa" - "Como o inseto conseguiu suas asas" -, mas na verdade é um mistério que intrigou os biólogos por mais de um século. Teorias intrigantes e concorrentes da evolução das asas dos insetos surgiram nos últimos anos, mas nenhuma foi inteiramente satisfatória. Finalmente, uma equipe do Laboratório de Biologia Marinha (MBL), Woods Hole, resolveu a controvérsia, usando pistas de artigos científicos antigos, bem como abordagens genômicas de última geração. O estudo, conduzido pela MBL Research Associate Heather Bruce e MBL Director Nipam Patel, foi publicado esta semana na Nature Ecology & Evolution .

As asas dos insetos, confirmou a equipe, evoluíram a partir de uma protuberância ou "lóbulo" nas pernas de um crustáceo ancestral (sim, crustáceo). Depois que esse animal marinho fez a transição para morar na terra há cerca de 300 milhões de anos, os segmentos da perna mais próximos de seu corpo foram incorporados à parede corporal durante o desenvolvimento embrionário , talvez para suportar melhor seu peso na terra. "Os lóbulos das pernas então subiram para as costas do inseto e, mais tarde, formaram as asas", diz Bruce.

Um dos motivos pelos quais demorou um século para descobrir isso, diz Bruce, é que não se percebeu até cerca de 2010 que os insetos são mais intimamente relacionados aos crustáceos dentro do filo de artrópodes, conforme revelado por semelhanças genéticas.

"Antes disso, com base na morfologia, todos classificavam os insetos no grupo dos miriápodes, junto com os milípedes e as centopéias", diz Bruce. “E se você procurar nos miriápodes de onde vieram as asas dos insetos , você não encontrará nada”, diz ela. "Assim, as asas dos insetos passaram a ser consideradas estruturas 'novas' que surgiram nos insetos e não tinham estrutura correspondente no ancestral - porque os pesquisadores estavam procurando no lugar errado pelo inseto ancestral."

“As pessoas ficam muito entusiasmadas com a ideia de que algo como as asas de um inseto pode ter sido uma inovação da evolução”, diz Patel. "Mas uma das histórias que estão surgindo das comparações genômicas é que nada é novo; tudo veio de algum lugar. E você pode, de fato, descobrir de onde."

Bruce sentiu o cheiro de sua descoberta agora relatada ao comparar as instruções genéticas para as pernas segmentadas de um crustáceo, o minúsculo saltador de praia Parhyale , e as pernas segmentadas de insetos, incluindo a mosca da fruta Drosophila e o besouro Tribolium . Usando a edição de genes CRISPR-Cas9, ela desabilitou sistematicamente cinco genes de padronização de perna compartilhados em Parhyale e em insetos, e descobriu que esses genes correspondiam aos seis segmentos de perna que estão mais distantes da parede do corpo. Parhyale, entretanto, tem um segmento adicional da sétima perna próximo à parede do corpo. Para onde foi esse segmento, ela se perguntou? “E então comecei a pesquisar na literatura e descobri uma ideia muito antiga que foi proposta em 1893, de que os insetos tinham incorporado sua região proximal [mais próxima do corpo] da perna na parede do corpo”, diz ela.

Os insetos incorporaram dois segmentos ancestrais da perna de crustáceos
(marcados com 7 em vermelho e 8 em rosa) na parede do corpo. O lóbulo
no segmento da perna 8 posteriormente formou a asa nos insetos, enquanto
essa estrutura correspondente nos crustáceos forma a placa tergal.
Crédito: Heather Bruce

"Mas eu ainda não tinha a asa parte da história", diz ela. "Continuei lendo e lendo, e me deparei com esta teoria dos anos 1980 de que não apenas os insetos incorporavam a região proximal de suas pernas na parede do corpo , mas os pequenos lóbulos na perna mais tarde se moviam para as costas e formaram as asas. Eu pensei , uau, meus dados genômicos e embrionários sustentam essas velhas teorias. "

Teria sido impossível resolver esse enigma de longa data sem as ferramentas agora disponíveis para sondar os genomas de uma miríade de organismos, incluindo Parhyale , que o laboratório Patel desenvolveu como o organismo de pesquisa mais geneticamente tratável entre os crustáceos.

 

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