Mais dados sobre a evolução das aves...!

Investigador da U.Porto ajuda a desvendar árvore filogenética das aves

Descoberta publicada na revista "Nature" lança as bases para a construção da árvore genealógica de aves mais abrangente de sempre.

 

 

Depois de décadas refém de resultados contraditórios, a árvore filogenética das aves acaba finalmente de ser desvendada, com a colaboração do investigador do Centro Interdisciplinar de Investigação Marinha e Ambiental (CIIMAR) e professor da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto (FCUP), Agostinho Antunes. 

Muitos estudos anteriores tinham tentado construir a árvore filogenética das aves, usando pequenos conjuntos de dados de diferentes regiões genómicas. Contudo, estes trabalhos produziam frequentemente resultados contraditórios.

O estudo intitulado “Complexity of avian evolution revealed by family-level genomes”, publicado na revista prestigiada Nature e que envolveu o investigador do CIIMAR e professor associado FCUP, permitiu usar, pela primeira vez, dados completos a uma escala genómica para construir a árvore para espécies de aves. Uma reconstrução intrincada que ilustra 93 milhões de anos de relações evolutivas entre 363 espécies de aves, representando 92% de todas as famílias destes animais.

Segundo Agostinho Antunes, “esta nova árvore genealógica será uma base sólida para mapear a história evolutiva de todas as espécies de aves, com implicações importantes para a investigação ornitológica, estudos de biodiversidade e conservação.”

Este conjunto completo de dados genómicos foi produzido pelo consórcio B10K (Bird 10 000 Genomes Project) após a sequenciação de 48 genomas de aves publicados em 2014 na revista Science, que também contou com a colaboração de investigador do CIIMAR e professor da FCUP. O trabalho publicado agora efetua um grande avanço aos trabalhos anteriores.

 

Mais dados e mais completos

Ao empregar dados completos do genoma de 363 espécies de aves, o estudo agora publicado envolveu o maior conjunto de dados já utilizado para análises filogenéticas de aves. Para isso, a equipa do B10K construiu um novo pipeline para extrair mais de 150 mil regiões espalhadas pelo genoma. A caracterização das relações filogenéticas em todo o genoma permitiu identificar padrões associados ao contexto genómico e às características da sequência.

Agostinho Antunes clarifica de que forma isso distingue este estudo das tentativas anteriores: “As várias partes do genoma, por exemplo, cromossomas individuais ou genes codificadores de proteínas, sustentam, muitas vezes, árvores muito diferentes. Isso possivelmente explica o motivo pelo qual os estudos anteriores, que analisaram apenas certas porções genómicas, estavam em conflito.”

A equipa de trabalho descobriu que, para a maioria dos agrupamentos, é possível chegar a um consenso sobre os seus relacionamentos, quando uma quantidade suficiente de dados é usada. Mas as posições filogenéticas de alguns grupos de aves, como é o caso das corujas ou dos falcões, permanecem intrigantes, mesmo com dados em escala completa do genoma. É nestes casos, em que reunir grandes quantidades de dados de alta qualidade é fundamental para se produzir uma árvore filogenética robusta.

Esta nova árvore genealógica resolve alguns destes debates de longa data sobre as relações entre as espécies de aves e estabelece uma base sólida para o estudo da evolução das aves e do desenvolvimento de características, desvendando novos caminhos naquela que ainda é a longa jornada para compreender completamente os mistérios da evolução das aves.

 

Professor Associado do Departamento de Biologia da FCUP, Agostinho Antunes lidera o grupo de «Genómica Evolutiva e Bioinformática» do CIIMAR

 

Uma escala temporal precisa

Apesar dos esforços anteriores para compreender os impactos do evento Cretácico-Paleogénico, utilizando dados morfológicos e moleculares, as relações entre as linhagens neoaviárias permaneceram controversas. Os métodos aplicados neste trabalho basearam-se na comparação de genomas de espécies vivas que, no entanto, permitem obter informação de eventos que aconteceram há muito tempo atrás.

Através de métodos computacionais de ponta e recursos de supercomputação de última geração, o estudo permitiu propor uma escala temporal mais precisa para a diversificação das aves modernas, sugerindo que se deu uma rápida radiação durante ou perto da extinção em massa na fronteira Cretácico-Paleogénico (o evento associado à extinção dos dinossauros) e após o Paleogénico-Neogénico.

“Aproximadamente 95% de todas as espécies de aves atuais (Neoaves), emergiu desta radiação!” reforça o investigador do CIIMAR e professor na FCUP. A nova árvore desafia a organização dos Neoaves ao classificar este grande grupo em quatro clados principais: Mirandornithes, Columbaves, Elementaves e Telluraves.

Os investigadores descobriram que estas radiações coincidiam com mudanças genéticas e morfológicas notáveis dentro das aves: maiores taxas de mutação, tamanhos corporais menores, cérebros maiores e tamanhos populacionais efetivos maiores.

“As aves são a única linhagem de dinossauros que sobreviveu até hoje. Há cerca de 66 milhões de anos, na fronteira do Cretácico-Paleogénico, um evento de extinção em massa destruiu todos os dinossauros não-aviários, proporcionando uma oportunidade para as aves se diversificarem rapidamente e ocuparem uma ampla gama de nichos ecológicos. As neoaves, um grupo diversificado que compreende aproximadamente 95% de todas as espécies de aves atuais, emergiu desta radiação. Dos imponentes condores dos Andes aos diminutos colibris que voam pelas florestas tropicais, as neoaves abrangem uma impressionante diversidade de formas e funções.”, conta Agostinho Antunes.

 

As primeiras aves

Usando métodos computacionais avançados, os investigadores também conseguiram esclarecer algo invulgar que tinha sido descoberto em 2014, mas que nunca tinha sido devidamente compreendido: uma secção específica de um cromossoma no genoma das aves permaneceu inalterada durante milhões de anos, anulando os padrões esperados de recombinação genética.

“Esta anomalia foi baseada na análise dos genomas de apenas 48 espécies de aves e levou inicialmente os investigadores a agrupar incorretamente os flamingos e as pombas como grupos evolutivos próximos, pois pareciam intimamente relacionados com base nesta secção inalterada do DNA. Ao repetir a análise usando os genomas de 363 espécies do atual estudo, surgiu uma árvore genealógica mais precisa que afastou os pombos dos flamingos. Essa deteção permitiu identificar atualmente um evento preciso que terá acontecido há mais de 60 milhões de anos, o que é extraordinário” explica o investigador do CIIMAR.

Este avanço é detalhado num artigo complementar publicado no Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) . Neste trabalho, os investigadores examinaram de perto um dos ramos da nova árvore genealógica e descobriram que os flamingos e as pombas estão mais distantemente relacionados do que as análises anteriores do genoma tinham mostrado.

Os resultados destes trabalhos lançam assim uma nova luz sobre os mecanismos adaptativos que impulsionaram a diversificação aviária no rescaldo do evento de extinção em massa Cretácico-Paleogénico.

 

Um voo de longa duração

Avançando com a investigação, a equipa promete continuar o esforço para desvendar por completo a evolução das aves. O trabalho futuro pretende conciliar a sequenciação dos genomas de outras espécies de aves para expandir a árvore genealógica a milhares de géneros de aves e optimizar algoritmos e recursos computacionais para acomodar conjuntos de dados ainda maiores, a fim de garantir que as análises em estudos futuros sejam conduzidas com alta velocidade e precisão.

No entanto, já é possível dizer que estes resultados alteram imensuravelmente as visões tradicionais sobre a história evolutiva das aves. Esta nova árvore genealógica será uma base sólida para mapear a história evolutiva de todas as espécies de aves, com implicações importantes para a investigação ornitológica, estudos de biodiversidade e conservação.

Como destaca Agostinho Antunes, os métodos computacionais desenvolvidos irão certamente ajudar a clarificar a árvore genealógica e a história evolutiva de outros seres vivos: “O impacto deste trabalho vai muito além do estudo da história evolutiva das aves. Os métodos computacionais pioneiros desenvolvidos irão certamente tornar-se ferramentas padrão para reconstruir árvores evolutivas de uma grande variedade de outros animais.”

 

Sobre o projeto B10K

O Projeto B10K (Bird 10 000 Genomes) é uma iniciativa que visa mapear os genomas de todas as aproximadamente 10.500 espécies de aves atualmente existentes na Terra.

Este ambicioso projeto procura construir uma árvore da vida das aves abrangente a partir do conhecimento completo dos seus genomas, descodificando as ligações entre a variação genética e as diferenças de características fenotípicas, desvendando a evolução molecular, a biogeografia e as inter-relações da biodiversidade, avaliando o impacto das mudanças ambientais e humanas, atividades sobre evolução das espécies e biodiversidade, e revelando a história populacional de todo o grupo de aves.

Os trabalhos agora publicados do B10K foram lideradas por Josefin Stiller (University of Copenhagen, Denmark), Siavash Mirarab (University of California San Diego, USA) e Guojie Zhang (Zhejiang University, China), e incluíram vários outros investigadores internacionais entre os quais Agostinho Antunes.

 

in Notícias Universidade do Porto

O ser vivo com o maior genoma é uma pequena planta

Esta pequena (e rara) planta é o ser vivo com o maior genoma do mundo 

 

DNA desenrolado da samambaia "Tmesipteris oblanceolata" mede mais de 106 metros e é maior do que a torre onde fica o Big Ben, em Londres; 

 

 

T. oblanceolata é o ser vivo com o maior genoma do mundo

 

 

Pesquisadores apresentaram o ser vivo com o maior genoma do mundo em um estudo publicado no dia 31 de maio na revista iScience. Trata-se da planta Tmesipteris oblanceolata, que mede poucos centímetros de altura, mas contém mais de 100 metros de DNA - e possui 50 vezes mais material genético do que nós humanos.

in Revista Galileu

 

NOTA - mais informações sobre o assunto nesta notícia.

Há novidades sobre a possibilidade de se clonar mamutes...!

Cromossomas de um mamute com 52 mil anos reconstituídos em 3D 

 

Os cromossomas fossilizados permitem saber como o genoma do mamute estava organizado e que genes estavam ativos. A descoberta torna possível a reconstituição dos genomas de espécies extintas.

Uma equipa internacional de investigadores, incluindo dos Estados Unidos, Espanha e Dinamarca, reconstituiu o genoma e as estruturas cromossómicas em 3D de um mamute-lanudo com 52 mil anos – e esta é a primeira vez que tal se consegue para uma amostra de ADN antigo.

in Público

Há novos dados sobre a evolução e aparecimento das angiospérmicas

Genoma de árvore transporta-nos até às primeiras plantas com flor

Nicolau Ferreira - 03.01.2014

Flor feminina da Amborella

Amborella em fruto

Flor masculina da Amborella

Estudado o genoma de planta que só vive na Nova Caledónia. É a única de uma linhagem que surgiu no início da evolução das plantas com flor.

As angiospérmicas, as plantas com flor, uma presença constante quando se olha para um jardim, prado ou floresta, são a última grande invenção da natureza na evolução das plantas. Charles Darwin, um dos pais do evolucionismo, chamou “um mistério abominável” ao aparecimento e rápida disseminação deste grupo de plantas que hoje reúne 350.000 espécies e é um pouco mais recente do que os dinossauros. Esse mistério foi agora parcialmente desvendado.

Um projecto internacional sequenciou o genoma da Amborella trichopoda, uma pequena árvore, com dois a três metros de altura, que apenas existe na ilha principal da Nova Caledónia, a Grande Terra, e é a única espécie descendente de uma linhagem muito antiga das plantas com flor. Há cerca de 200 milhões de anos deu-se um fenómeno de duplicação de genoma numa planta superior, que foi depois essencial para o aparecimento das plantas com flor. Esse fenómeno foi comprovado pela análise do genoma da Amborella trichopoda, onde a duplicação ainda é visível no seu genoma, conclui um dos três artigos publicados na revista Science, que trazem os resultados deste projecto internacional.

Existem apenas 18 populações da Amborella trichopoda, todas nas regiões montanhosas da maior ilha da Nova Caledónia, um arquipélago francês que fica na região mais a sul da Melanésia, no oceano Pacífico e a leste da Austrália. Pensa-se que o antepassado desta planta se tenha separado do restante ramo das plantas com flor há 160 milhões de anos. As características genéticas que partilha com o resto das angiospérmicas surgiram numa altura inicial da evolução das plantas com flor.

“Da mesma forma que o genoma do ornitorrinco – um sobrevivente de uma linhagem antiga [de mamíferos] – pode ajudar no estudo da evolução dos mamíferos, o genoma sequenciado da Amborella pode ajudar a descobrir a evolução de todas as flores”, explica Victor Albert, da Universidade de Búfalo, estado de Nova Iorque, nos Estados Unidos, que pertence ao grupo que estudou a citogenética desta planta, um dos sete grupos do Projecto do Genoma da Amborella.

O fóssil mais velho de uma planta com flor encontrado tem entre 135 e 130 milhões de anos, mas pensa-se que as angiospérmicas tenham aparecido há mais de 160 milhões de anos. Nessa altura, a Terra estava no final do Jurássico, o período do meio da era dos dinossauros, onde as florestas de coníferas (o pinheiro faz parte deste grupo de plantas) eram dominantes. Mas no final Cretácico, o último período onde os dinossauros caminharam na Terra, as plantas com flores já eram dominantes.

Depois dos fetos com o seu sistema vascular e folhas, depois das gimnospérmicas com os seus estróbilos, como as pinhas, e sementes, como os pinhões, a Terra foi dominada por plantas que mostram o seu sistema reprodutor nas belas flores, que envelhecem e caem para dar lugar a frutos, muitas vezes vistosos, que envolvem as sementes. Hoje, a alimentação do homem seria completamente diferente se este ramo da evolução não existisse, já que as espécies agrícolas e hortícolas são, na grande generalidade, angiospérmicas.

A duplicação do genoma

O resto da história dos mais de 160 milhões de anos das plantas com flor está carregado de duplicações de genoma. Mas a Amborella trichopoda, como é uma linhagem separada e muito antiga, não apresenta esses fenómenos. Por isso, os cientistas observaram no seu genoma uma outra duplicação, que já se pensava existir, e que aconteceu antes do aparecimento das plantas com flor, há cerca de 200 milhões de anos.

“A duplicação do genoma pode, por isso, oferecer uma explicação sobre o ‘abominável mistério’ de Darwin – a proliferação aparentemente abrupta de novas espécies de plantas com flor nos registos fósseis durante o período Cretácico”, explica por sua vez Claude dePamphilis, da Universidade Estadual da Pensilvânia, nos Estados Unidos.

Através do genoma desta planta, estima-se que o antepassado de todas as plantas com flor tivesse ao todo 14.000 genes que codificam para proteínas. Destes, 1179 genes eram novos e surgiram graças à duplicação genómica. Alguns destes genes são importantes para a floração, para a produção de madeira e para a resposta ao stress, como a predação feita pelos herbívoros. Muitos outros genes já existiam, mas ganharam novas funções nestas plantas. “Como único membro existente de uma linhagem antiga, a Amborella é uma janela única para os primeiros fenómenos da evolução das angiospérmicas”, lê-se na conclusão do artigo.

Notícia no Público sobre mamutes

Cientistas reconstituem genoma do mamute

19.11.2008 - 18h58 Ana Gerschenfeld


Os mamutes-lanudos (Mammuthus primigenius) gostavam imenso do frio. Não admira portanto que alguns deles, quando morreram, tenham ficado presos e muito bem conservados no solo gelado da Sibéria. Mesmo o pêlo que os cobria sobreviveu até aos dias de hoje, durante milhares de anos, no permafrost. E foi graças a isso que Webb Miller e Stephan Schuster, da Universidade Estadual da Pensilvânia, conseguiram agora reconstituir a gigantesca molécula de ADN contida no núcleo das células de mamute – e começar a desvendar os segredos mais íntimos da evolução e da biologia destes mamíferos pré-históricos. É o primeiro genoma de um animal de uma espécie extinta.

Estes investigadores já tinham sequenciado o ADN das mitocôndrias de mamute, as “baterias” das células vivas. Mas enquanto o ADN mitocondrial é uma sequência molecular com apenas 13 milhões de “letras” (ou moléculas de base A, T, G, C), o ADN do núcleo celular, onde se encontra a esmagadora maioria dos genes (que no mamute são cerca de 20 mil) corresponde a uma sequência de ADN com uns quatro mil milhões de letras! Até há pouco, a mera dimensão do objecto impossibilitava a sua leitura.

Só que os avanços das técnicas de sequenciação têm sido espectaculares, tornando-as mais potentes, praticáveis, rápidas e baratas. Ao ponto que já permitiram sequenciar genomas humanos como os do Nobel James Watson. E, de facto, o assalto agora feito ao núcleo das células de mamute revelou-se um sucesso. Por enquanto, o resultado ainda é um rascunho, onde subsistem erros de leitura e faltam bocados (os cientistas estimam estar na posse de uns 80 por cento do genoma), mas isso não impede que a Nature faça na sua edição de hoje as honras ao acontecimento, publicando os novos resultados e mais dois artigos sobre o tema.

Bola de pêlo pré-histórica

Foi há cerca de 1,6 milhões de anos que apareceram os mamutes. Viveram em África, na Europa, na Ásia e na América do Norte, até se mudarem mais para norte, à procura de regiões mais frias, e desaparecerem há dez mil anos. Schuster e os seus colegas utilizaram como material de base, para extrair o ADN, o pêlo de uma múmia de mamute com 20 mil anos e de outra com 60 mil, ambas da Sibéria. O ADN capilar apresenta duas vantagens em relação ao ADN dos ossos, que é o habitualmente disponível nos restos fósseis: resiste melhor às intempéries, “porque o invólucro do pêlo o protege como uma embalagem de plástico biológico”, explica um comunicado da universidade; e resiste melhor à contaminação pelo ADN de bactérias ou fungos, algo que pode fazer com que o ADN sequenciado nem sempre pertença ao animal e torna ainda mais árdua a autenticação dos genes.

Para ter uma base de comparação que lhes permitisse colocar o carimbo “mamute”, os cientistas recorreram a um ADN de referência: o rascunho já disponível do genoma do elefante africano, um dos parentes próximos – e vivos – do extinto mamute. Mas, mesmo assim, a origem de alguns dos fragmentos é incerta. A sua autenticidade está dependente da sequenciação definitiva do genoma do elefante, a ser concluída por cientistas do MIT e de Harvard. “Só quando estiver completo é que vamos poder fazer uma avaliação final quanto à quantidade de genoma de mamute que conseguimos sequenciar”, diz Miller no comunicado.

Entretanto, os cientistas já conseguiram obter algumas pistas acerca da história deste antigo elefante e dos seus parentes actuais. “Os nossos dados sugerem que divergiram há cerca de seis milhões de anos”, salienta Miller. Também concluem que os mamutes deram origem a dois grupos há dois milhões de anos, que formaram duas sub-populações na Sibéria e que apenas uma delas sobreviveu até há dez mil anos (a outra ter-se-á extinto há 45 mil). E mostram ainda que, entre os mamutes e os elefantes modernos, as diferenças genéticas são mais pequenas do que se pensava. “Ao contrário dos humanos e dos chimpanzés, que se separaram mais ou menos na mesma altura e que rapidamente deram origem a espécies diferentes – diz Schuster –, os mamutes e os elefantes evoluíram de forma mais gradual.”

Ressuscitar o mamute?

A diversidade genética entre mamutes também era bastante baixa – a tal ponto que os animais poderão ter sido excepcionalmente susceptíveis às doenças e às mudanças climáticas – e aos homens, que os caçavam. Mas doenças e clima, por si só, permitiriam explicar o fim da subpopulação que se extinguiu há 45 mil anos, uma vez que o homem nunca chegou a cruzar-se com ela e a exterminá-la (na altura não habitava a Sibéria), como poderá ter acontecido com a subpopulação que sobreviveu mais tempo. Uma parte do debate em torno da responsabilidade humana no fim do mamute poderá portanto estar resolvida. Os cientistas esperam também descobrir no antigo genoma as características genéticas capazes de dar conta da excepcional resistência dos mamutes ao frio extremo. “Esta é realmente a primeira vez que somos capazes de estudar um animal extinto com o mesmo nível de pormenor com que estudamos os animais do nosso tempo”, diz Schuster.

Uma coisa é certa: o trabalho agora publicado mostra que é mesmo possível sequenciar o ADN de espécies extintas. A próxima etapa nesta saga será a da sequenciação da totalidade do genoma do homem de Neandertal, extinto há uns 30 mil anos, que Svante Pääbo, do Instituto Max-Planck de Antropologia Evolutiva em Leipzig, na Alemanha, espera completar num futuro não muito longínquo (em Agosto, a equipa de Pääbo publicou a sequência do ADN mitocondrial daquele homem primitivo). Aí saber-se-á, finalmente, o que nos separa e nos aproxima desse homem pré-histórico.

Claro que a pergunta mais empolgante que surge em muitas cabeças é a seguinte: agora que temos o ADN podemos trazer os mamutes de volta? Seria quase como tornar realidade o parque jurássico de Michael Crichton. Nenhum dos especialistas interrogados por Henry Nicholls, num divertido artigo também publicado na Nature, recusa a ideia de que um dia seja possível ressuscitar o velho elefante lanudo.

Mas fazer um mamute a partir do seu ADN é muito difícil. “Para pôr carne nos ossos do rascunho de genoma”, escreve Nicholls, “seria preciso dominar, no mínimo, as seguintes etapas: definir quais vão ser os genes da nossa criatura, sintetizar os cromossomas a partir dessas sequências, colocá-los dentro de um invólucro nuclear adequado; transferir esse núcleo para um ovócito compatível [os de elefante, a escolha mais natural, são extremamente escassos]; e transferir o embrião resultante para um útero que o leve até ao termo”. Um caminho pejado de obstáculos que parecem intransponíveis. Sem esquecer que, no fim, vai ser preciso criar vários indivíduos para poderem reproduzir-se, introduzir neles alguma variação genética para não gerar apenas clones – e que, para mais, esses animais não serão mamutes totalmente autênticos, mas antes híbridos de mamute e elefante (no melhor dos casos). Outro problema, talvez tão delicado como todos os anteriores: introduzir os mamutes num habitat adequado sem gerar o caos ecológico.

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