Sedimentos de Cavernas dão Respostas sobre a Evolução Humana

O DNA antigo e suas possibilidades

Há 100 anos os cientistas não imaginavam que as técnicas moleculares poderiam auxiliar nos estudos evolutivos de amostras do passado. Somente em 1980 ocorreu a primeira extração de DNA antigo (aDNA) de uma múmia chinesa, abrindo as possibilidades para este tipo de estudo. As amostras de aDNA podem ser arqueológicas (humanas) ou paleontológicas (animais extintos). Porém, existem dificuldades que persistem nos estudos de aDNA: a maior delas é que o material genético está fragmentado. O que isto significa? O DNA é um composto orgânico em formato de dupla hélice. Existem bases nitrogenadas ligadas a ele e que possuem ligação entre si. Essas bases possuem informação genética: A base Adenosina (A) se liga por duas pontes de hidrogênio com a base Timina (T). Já a base Guanina (G) e Citosina (C) se ligam por três ligações de hidrogênio. A fragmentação e degradação do DNA ocorre quando a ligação destas bases se rompe por ações internas ou externas. Tal degradação dificulta o acesso ao aDNA, e é um desafio para os pesquisadores. Quando o aDNA é recuperado com sucesso, torna-se possível realizar estudos genéticos de organismos do passado, além da pesquisa de doenças e parasitoses não passíveis de serem identificadas morfologicamente, como por exemplo o protozoário Trypanosoma cruzi, causador de Doença de Chagas. Esses estudos são realizados por linhas de pesquisa chamadas de Paleoparasitologia e Paleomicrobiologia.

Será possível recuperar DNA em sedimentos?

Recentemente, Slon e colaboradores de instituições da Austrália e de diferentes países da Europa, publicaram um estudo na Revista Science que mostra a recuperação de aDNA de hominídeos e animais extintos em amostras de sedimentos de cavernas na Europa. Hominídeos são ancestrais humanos, como os Neandertais. Encontrar amostras de ossos com mais de mil anos é raro, e a grande contribuição deste estudo foi apresentar novas possibilidades de extração do aDNA a partir dos sedimentos de cavernas datados de mais de 14 mil anos. A extração de DNA significa recuperar todo o DNA presente na amostra, para que depois possa ser analisado. A técnica utilizada para a análise do sequenciamento é, além de inovadora, bastante eficaz já que analisa todas as bases nitrogenadas presentes naquele material sequenciado e então, são transferidas para uma biblioteca de DNA. Esta técnica, denominada Sequenciamento de Nova Geração, permite encontrar amostras de molécula de DNA mesmo quando muito degradadas e fragmentadas. Estes fragmentos sequenciados com esta nova tecnologia passam por uma análise bioinformática e são interpretados, gerando correspondência (ou não) a algum organismo (vegetal ou animal). Porém, como na ciência nem tudo são flores, 79 a 96% das amostras extraídas, sequenciadas e colocadas nesta biblioteca não puderam ser interpretadas devido à alta fragmentação do DNA. Apesar disso, 10% do que pôde ser identificado correspondeu a mamíferos já extintos.

Os pesquisadores analisaram a composição taxonômica através de genomas do DNA mitocondrial, incluindo o DNA mitocondrial humano (mtDNA). A escolha do mtDNA tem um motivo: em células eucariotas, este tipo de DNA está presente em número de cópias maior do que o DNA do núcleo da célula e portanto há um aumento das chances de se conseguir material suficiente para ser analisado. Além disso, é possível analisá-lo evolutivamente, já que uma de suas características é o fato de ser o DNA presente em mitocôndrias, organela que é passada da mãe para filhos.

Slon e colaboradores detectaram fragmentos de mtDNA de 12 famílias de mamíferos. A variação e correspondência genética dessas famílias foi estudada, para se investigar não só a quais espécies o DNA analisado correspondia, mas também seus padrões evolutivos para análises de filogenia. Nas sequências que tinham DNA de Elephantideos (ancestrais de elefantes) houve correspondência genética ao DNA de mamutes uma espécie extinta há 10 mil anos. Nas sequências da família Hienidae (hienas) encontradas nos sedimentos analisados, houve correspondência genética com o DNA de hienas pintadas e com a hiena extinta das cavernas. Hoje em dia, a hiena pintada só ocorre na África, portanto a presença de seu material genético em cavernas da Europa indica a possibilidade desta espécie ter habitado esta região no passado. Por último, 90% das sequências de mtDNA que correspondem à família Ursidae (ursos) possuem variantes correspondentes a uma espécie de urso extinta 25 mil anos atrás (Ursus ingressus).

AnimaisExtintos

Fig. 1. Animais detectados das amostras de sedimentos de sete sítios do Período Pleistoceno (LP– Pleistoceno Superior; MP–Pleistoceno Médio). Ref. Slon et al. 2017.

Além das análises sobre os animais, os pesquisadores também queriam saber quais hominídeos ocorriam naqueles locais. Mas, somente as amostras do sítio arqueológico El Sidrón, na Espanha geraram sequências correspondentes apenas a hominídeos. Portanto, os pesquisadores decidiram verificar se nas amostras de outras cavernas em que foi encontrado DNA de animais extintos também teriam DNA de hominídeos. Para isso, as análises de DNA foram repetidas visando encontrar mtDNA humano. Eles conseguiram recuperar entre 10 e 165 sequências em quatro sítios arqueológicos diferentes, encontrando mtDNA correspondendo aos ancestrais humanos: Neandertais e Denisovans.

O último passo deste estudo foi então uma análise filogenética, com o objetivo de verificar a variação genética e a relação ancestral de humanos modernos com o material genético recuperado dos hominídeos. Nestas análises, os autores puderam identificar maior proximidade filogenética entre humanos modernos e Neandertais .

A importância desse estudo não é apenas a recuperação do DNA antigo de hominídeos e animais extintos, mas também a possibilidade de recuperação de material genético encontrado em sedimentos, sem a necessidade de esgotar amostras raras. Amostras raras são aquelas em que só existem disponíveis para análise poucos exemplares ou somente um, podendo ser tanto de animais quanto de humanos. Para se ter acesso a estas amostras é necessário uma parceria entre vários grupos de pesquisa, em especial com arqueólogos, pois estes realizam as escavações em que estas amostras são encontradas. Além destas dificuldades podemos citar outras: sua manipulação é complicada, e tanto a análise quanto conservação exigem técnicas e ambientes especiais. Além disso, há a dificuldade de poder acessar e conseguir um fragmento de DNA para análise molecular em corpos de animais e hominídeos antigos. No Brasil ainda há a falta de verba para pesquisas em geral e para o emprego destas tecnologias citadas, portanto a reprodução destas metodologias ainda é inviável.

O estudo dos pesquisadores reforça o fato de que a biologia molecular pode trazer muitas respostas para a evolução, saúde e condições de vida de animais extintos e hominídeos, e mesmo com as dificuldades mencionadas acima, muitos estudos relevantes já foram (e estão sendo) publicados. A biologia molecular ainda é uma ciência em crescimento, e muitas descobertas estão por vir.

Referências:

  1. Slon et al., Science 10.1126/science.aam9695 (2017).
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