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Você é o que você come ou diga-me com quem andas e lhe direi quem você é? A evolução humana e a importância da dieta e da sociedade

O tamanho do nosso cérebro está associado a nossa complexidade cognitiva. E por isso, tem sido alvo de curiosidade por parte do público em geral e de pesquisadores.

 

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Adaptado da Nature Ecology & Evolution. Crânios da esquerda para direita: lemur, vervet, orogotango, babuíno, chimpanzé e humano

 

 

Katherine Milton que estuda macacos bugios no Panamá há mais de 36 anos e atualmente é pesquisadora na Universidade de Berkeley, já em 1987 escreveu um capítulo no livro “Food and evolution” (sem tradução para o português) em que olhando para os trabalhos disponíveis na época, associou dieta em diversos primatas não humanos com tamanho de intestino e de cérebro; ela queria entender como a dieta estava relacionada com a evolução do cérebro humano. Seu trabalho, contudo contava com muito poucos dados de dieta, simplesmente porque havia na época poucas pesquisas de campo. *E ainda há, mas isso é história para outro texto.

Anos depois, em 1988, Dunbar da Universidade de Oxford, no Reino Unido, argumentou que cérebros evoluíram para ajudar os primatas a gerenciar grandes redes sociais. Seria o desafio de reconhecer e memorizar todos os indivíduos do seu grupo, identificar comportamentos que lhe sejam favoráveis – como receber carinho, de comportamentos que lhe prejudique – como não compartilhar alimento, que teria selecionado os indivíduos com maiores capacidades cognitivas – que é associado a um grande volume de massa cerebral. Essa seria a “hipótese do cérebro social”. E desde então, Dunbar vem conquistando mais e mais adeptos.

 

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Macaco-prego comendo raíz. Foto por Mari Fogaça

 

Até que um estudo liderado por uma pesquisadora, doutoranda – aquela que está desenvolvendo uma tese que passará por avaliação de pares e sendo aprovada confere o título de doutor – pela Universidade de Nova York: Alex DeCasien trouxe a discussão sobre o que foi mais importante como pressão evolutiva para o desenvolvimento de um grande cérebro: dieta versus socialidade de volta para o centro das atenções. Alex tinha como objetivo descobrir se os primatas monogâmicos – que estabelecem relações sexuais apenas com um indivíduo, tinham cérebros maiores ou menores do que as espécies mais promíscuas. Ela coletou dados de mais de 140 espécies de primatas não humanos que vivem em todo o mundo, e calculou quais dessas características tinham maior probabilidade de estar associadas a cérebros maiores. Para sua surpresa, nem a monogamia nem a promiscuidade previram algo sobre o tamanho do cérebro de um primata. O único fator que parecia predizer quais espécies tinham cérebros maiores era se suas dietas eram compostas principalmente por folhas ou frutas! 

O estudo publicado na Nature Ecology & Evolution, compilou dados existentes sobre o 1) tamanho do cérebro 2) tamanho corpo, 3) grau de socialidade e 4) a classificação da dieta (onívoros – comem de tudo um pouco, herbívoros – se alimentam de folhas, frugívoros – se alimentam de frutas e aqueles que comem folhas e frutas. 

Esses dados foram então cruzados para tentar achar relação entre tamanho relativo do cérebro (tamanho do cérebro em relação ao tamanho corporal) com tipo de dieta e com grau de socialização; testando assim as hipóteses que o que teria levado ao aumento do cérebro em primatas (e, portanto, dos nossos cérebros também) seria a dieta ou os desafios da convivência em sociedade.

Ela e seus colaboradores concluem que os cérebros grandes dos primatas podem ser devido à dieta dos animais, e não ao seu comportamento social, desafiando uma teoria de Duban que vinha sendo a mais aceita.

Diferentemente do trabalho da Katherine, esse contém um grande tamanho da amostra e métodos estatísticos robustos. E vem conquistando apoiadores de peso como o Richard Wrangham, da Universidade de Harvard que disse à revista Science que “O artigo é extremamente valioso”. 

Mas nem tudo são flores, na ciência pesquisadores estão sempre a procurar algum ponto fraco nos trabalhos. Estes resultados não convenceram Dunbar, que argumenta que os resultados apenas relacionam que uma dieta rica em nutrientes, permite a evolução de cérebros maiores, mas não oferece dados para provar que por si só foi uma pressão evolutiva seletiva (também para a Science). 

Em adição, Katherine Milton (sim! ela novamente), sugere que as frutas fornecem

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Macaco-prego comento fruto. Foto por Mari Fogaça

energia para a formação de um cérebro, mas que a pressão seletiva por trás dessa relação são adaptações cognitivas para que os primatas procurem e achem frutas. Isso porque localizar frutas em florestas é mais desafiador do que folhas. Além disso, algumas frutas encontram-se encapsuladas como côco e os animais precisam, portanto lidar com o quebra cabeça para acessar.

 

E você, depois de ler opiniões tão divergentes, em qual resposta apostaria? Deixe seu comentário.

 

PARA SABER MAIS:

Livros:

Daniel Lieberman. A história do corpo humano.

Suzana Herculano-Houzel. A vantagem humana.

Artigos científicos:

Alex R. DeCasien, Scott A. Williams, e James P. Higham. Primate brain size is predicted by diet but not sociality. Nature Ecology & Evolution

Katherine Milton. Distribution Patterns of Tropical Plant Foods as an Evolutionary Stimulus to Primate Mental Development. American Anthropologist 

Katherine Milton. Primates Diets and gut Morphology: Implications for Human Evolution. In: Marvin Harris e Eric Ross. Food and Evolution Toward a Theory of Human Foods Habits

Leslie C. Aiello, e Peter Wheeler. The Expensive-Tissue Hypothesis: The Brain and the Digestive System in Human and Primate Evolution. Current Anthropology

Robin Dunbar. The social brain. The evolution anthropology

 

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Somo todos carnívoros? Ou somos todos vegetarianos?

É cada vez mais constante em nossas vida a discussão do que devemos ou não comer. Sugestões de dietas estão por todas as partes, jornal, novela, Twitter, Reddit, na roda do cafezinho do trabalho. Contudo, a motivação que nos leva a essa curiosidade é diferente para cada grupo de pessoas; pode ser a busca por um estilo de vida saudável, pode ser consciência ambiental, solidarização com os animais, guerra contra a indústria alimentícia, moda, intenção de emagrecer ou mesmo a combinação destes e outros fatores.

Uma coisa bastante comum entre os discursos sobre dieta, é afirmar que a “sua” dieta é a correta porque é aquela para qual o nosso corpo é biologicamente preparado para lidar.

Mas o nosso corpo evoluiu para comer o quê?

 

 

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Foto por rawpixel.com em Pexels.com

A questão pode parecer simples inicialmente. Não possuímos características anatômicas de carnívoros – nossos dentes não são ótimos para rasgar a carne como de onças, nossos intestinos são muito longos; mas também não possuímos os dentes de herbívoros ou um intestino tão longo quanto o deles. Isso parece nos dizer que somos onívoros, que significa que comemos de tudo, seja conteúdo vegetal ou animal. Contudo, muitas vezes essas relações entre anatomia e dieta não são tão claras, por exemplo o panda: ele possui caninos que poderiam te levar a concluir que é um carnívoro, mas ele come exclusivamente bambu.

 

Como anatomicamente somos parecidos com outros macacos poderíamos olhar na dieta deles para termos uma ideia do que seria nossa dieta “natural”. E assim, poderíamos concluir que comemos frutas, folhas, nozes, insetos e ocasionalmente carne. Outra forma de acessar o que evoluímos para comer, seria olhar para as dietas das populações humana que não reproduzem o sistema social das populações contemporânea-ocidentais. E verificaríamos que em sua maioria, não possui carne como base da alimentação

Então, somo predominantemente vegetarianos?

 

Também não. Um recente estudo publicado na Nature (pelos biólogos Katherine Zink e Daniel Lieberman da Universidade de Harvard), traz mais evidências à velha teoria do órgão caro; dois órgãos que são energeticamente muito custosos são o intestino e o cérebro. Herbívoros precisam de longos intestinos – onde vivem bactérias, para conseguir digerir as complexas células vegetais. Como nossos antepassados tinham uma dieta com base em alimentos de origem vegetal, precisamos de um intestino longo (lembra que mencionei que é mais longo que de um carnívoro?), mas ser capaz de acessar essa fonte extra de energia e proteína fornecida pela carne permitiu que nosso cérebro evoluísse. Ao mesmo tempo que economizamos em não ter um intestino maior ainda, também alocamos energia para o cérebro. Isso foi cerca de 2,6 milhões de anos atrás.

Mas não poderíamos apenas comer mais frutas, verduras, raízes (poxa todo mundo sabe que batata tem muita energia!)? Matematicamente falando, sim. Bastaria comer mais das fontes vegetais, contudo precisaríamos de muito tempo comendo para conseguir o necessário para liberar energia usada na evolução do nosso cérebro. Ainda mais se nossos ancestrais estivessem se alimentando de alimentos crus (o processo de cocção, não apenas ajuda na mastigação fazendo com que você consiga comer mais em menos tempo, mas também na digestão dos nutrientes, contudo, apenas dominamos esses processo 500 mil anos atrás). De acordo com Katherine e Daniel, para que nossos antepassados conseguissem energia suficiente apenas de fontes vegetais eles teriam que mastigar até 15 milhões de vezes em um ano. Isso porque no experimento conduzido por eles, foi utilizado raízes que são mais calóricas que outros alimentos vegetais. (Uma mandioca é mais calórica que um alface ou uma maçã). No experimento eles alimentaram um grupo de voluntários com raízes e outro grupo com carne, e utilizando eletrodos mediram quantas vezes cada grupo precisava mastigar e quanta energia gastavam para ingerir a mesma quantidade calórica.

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Foto por Pixabay em Pexels.com

Nada disso, claro, significa que o consumo de carne aumentou tanto nos humanos contemporâneos. Clique aqui se você quiser acessar a média do consumo de carne por país. O paladar tem um papel fundamental aqui. Assim como o acesso a carne, mas isso já é assunto para uma próxima conversa.

 

Apenas gostaria de terminar dizendo, que não é porque a proteína da carne foi fundamental para a nossa evolução que nossa dieta não pode mudar. Como dito neste outro texto, não paramos de evoluir e há adaptações recentes a dietas como consumo de leite. Além disso, hoje o acesso a alimentos (infelizmente não para todos) é fácil, permitindo que você tenha acesso a outras recursos calóricos e ricos em proteína que não tenha origem animal, e claro, você também pode cozinhar.

 

Considerando nossa crise ambiental, discutir nossa dieta pensando na nossa saúde e na saúde do nosso planeta é uma questão urgente.

 

PARA LER MAIS:

 

Zink, K. D. & Lieberman, D. E. (2016). Impact of meat and lower Palaelithic food processing techniques on chewing in humans. Nature, 531, 500-503

https://www.nationalgeographic.com/foodfeatures/evolution-of-diet/

Fotos de domínio livre a serem usadas (pizabay):

 

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O que é vida? Como a física pode contribuir para essa questão?

O que é a vida? Poucas questões são tão intrigantes e simples de serem formuladas como esta. Ainda que do ponto de vista prático possa parecer fácil:

Um cachorro é vida? Sim.

Uma cadeira é vida? Não.

Do ponto de vista das definições formais não há uma resposta simples. A própria linguagem utilizada por pesquisadores em diferentes áreas para caracterizar a vida pode ser  bastante diferente. Em biologia costumamos falar de homeostase, células, metabolismo, resposta a estímulos, reprodução, evolução. Em física falamos em sistema fora do equilíbrio, entropia, calor, dissipação, autorreplicação, auto-organização.

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Sky and Water I (Céu e Água I). Xilogravura do artista holandês M. C. Escher, impressa pela primeira vez em junho de 1938.

Em 1944, um dos físicos mais famosos do século passado, Erwin Schrödinger, publicou um livro fantástico sobre o que é vida do ponto de vista da física [1]. Nele Schrödinger usou a ideia de entropia negativa, e desde então, costuma-se pensar em vida como uma diminuição da desordem local (entropia negativa) aumentando a desordem global (entropia positiva). Neste contexto, o atual sonho de muita gente na física é uma generalização da mecânica estatística desenvolvida por Boltzmann (que utiliza conceitos microscópicos, para explicar propriedades macroscópicas como pressão e volume de gases) que fosse capaz de utilizar este conceito. Esta generalização descreveria sistemas que estão fora do equilíbrio termodinâmico, dentre eles células, cérebros e a própria vida.

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Livro do Schrödinger [1]

Recentemente um jovem professor do MIT,  Jeremy England, desenvolveu uma formulação matemática baseada num teorema bem estabelecido da mecânica estatística fora do equilíbrio (teorema da flutuação de Crooks) para explicar o aumento da organização local em certos sistemas. England mostrou que um grupo de átomos dirigido por uma fonte externa de energia (como o sol ou combustível químico) imersa em um banho térmico (como o oceano ou a atmosfera), vai gradualmente se estruturar de maneira a dissipar cada vez mais energia. Este aumento gradual na organização local vem sendo chamado de adaptação dirigida por dissipação, e não seria uma mera coincidência, mas a trajetória fisicamente mais provável para um sistema vivo.

Sua teoria tem bases matemáticas firmes, mas as interpretações do quanto seus modelos podem ser comparados com a vida real ainda são especulativas. Em todo caso, suas ideias são suficientemente interessantes e inovadoras para prender nossa atenção. England sugere que, além de entropia negativa, para que os organismos vivos sejam complexos como são é necessário que os estados de maior organização sejam razoavelmente estáveis.

Assim poderíamos falar em adaptação num sentido mais amplo do que o de Darwin.  Não só em termos de algo ser mais adaptado do que seus ancestrais para sobreviver, mas ser mais adaptado do que as configurações anteriores que assumiu. E para isso poderíamos pensar, por exemplo, nas configurações espaciais de átomos formando moléculas e proteínas. Uma definição de adaptação seguindo essa linha poderia ser que uma entidade bem adaptada absorve energia do meio ao redor de maneira mais eficiente do que outras (ou do que ela mesma no passado).

Um professor da Universidade de Oxford, Ard Louis, sugeriu  que se England estiver correto talvez passemos a dizer algo como: a razão pela qual um organismo possui características X e não Y pode não ser porque X é mais apto que Y, mas sim porque as restrições físicas do sistema permitiram que X evoluísse mais que Y.

Forma e funcionalidade.

A relação entre forma e funcionalidade é a ideia de que certas estruturas biológicas são exatamente como são porque sua forma está relacionada com sua utilidade ou funcionalidade. Guiados por essa ideia, muitos cientistas procuram entender a funcionalidade (ou a vantagem evolutiva) de certas estruturas que aparecem mais do que outras (ou mais do que deveríamos esperar apenas ao acaso).

Por exemplo, certas proteínas podem ser encontradas em mais de uma configuração espacial (mas não em todas as configurações possíveis) e cada configuração tem uma função diferente. Outro exemplo, tanto no cérebro de primatas como em um animal simples como um verme (C. Elegans), a probabilidade de achar grupos de três neurônios conectados de uma maneira específica é maior do que a probabilidade de encontrar a mesma configuração se as conexões entre os neurônios ocorressem ao acaso. Ou ainda, se pegarmos todos os átomos de uma bactéria, separarmos numa caixa e a sacudirmos, a probabilidade de ao acaso eles se reorganizarem na configuração de algo que se pareça com uma bactéria é mínima.

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Figura 3.
A) Uma rede quadrada de tamanho 15×15 com 25 partículas distinguíveis (cada uma tem uma cor diferente e poderia representar uma mólecula orgânica) que podem estar em um dos dois estados: borda preenchida ou tracejada. B) Dois exemplos de configurações mais complexas desejadas (que poderiam representar duas configurações possíveis de uma mesma proteína). C) Em cada passo de tempo uma partícula aleatória é sorteada e pode se mover em uma das quatros direções. Se a energia da nova configuração for menor que a da primeira o movimento ocorre com probabilidade 1; se for maior, existe uma probabilidade menor que 1 da partícula se mover. Em seguida uma nova partícula é sorteada e seu estado pode ser alterado pela mesma regra de probabilidade. Adaptada da referência [2].

Portanto, um dos ingredientes mais simples para a existência de vida deveria ser uma maior probabilidade de encontrar certas configurações específicas do que outras. Ou seja, a entropia local diminui e as configurações são estáveis o suficiente para continuarem existindo na natureza. Recentemente mais um trabalho do grupo do England foi publicado levando em conta essas ideias [2]. A pesquisadora Gili Bisker é a primeira autora do artigo que simula um modelo simples de partículas interagentes em uma rede quadrada. As partículas podem se mover no espaço e mudar seu estado interno. Assim como diversas proteínas, as partículas podem formar diversas estruturas diferentes utilizando os mesmos componentes básicos (veja Figura 3).

Bisker e England mostraram que a existência de um forçamento local (que favorece certos estados internos das partículas dependendo do estado das suas vizinhas – veja Figura 4) diminui o tempo necessário para atingir certas configurações “desejadas” e aumenta a estabilidade dessas configurações uma vez formadas. Eles mostraram ainda que a distribuição de probabilidade de atingir cada configuração é diferente daquela esperada pela distribuição de Boltzmann. Sem esse forçamento local, a probabilidade de que as configurações desejadas ocorra é baixa. E o aumento do forçamento aumenta a eficiência da auto-organização estrutural.

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Figura 4. O forçamento local foi incluído como um termo extra aumentando ou  diminuindo a energia do estado final apenas para a mudança de estado interno e não para o movimento.  Com isso a probabilidade de em um passo de tempo o sistema mudar entre uma das quatro configurações acima, que inicialmente era igual, com o forçamento ficou mais fácil ir de D para A, do que de A para D. Essa pequena mudança, bastante razoável do ponto de vista biológico, da partícula ser influenciada pelos vizinhos, torna muito mais provável a formação (e aumenta a estabilidade) das configurações desejadas (mostradas na Figura 1B). Adaptada da Referência [2].

O modelo computacional ainda é bem mais simples que sistemas biológicos reais, e o grupo pretende usar as simulações para ajudar a propor experimentos onde possam testar suas ideias. Mas, por enquanto, esse resultado nos deixa com a sensação de que a matéria inanimada, na presença de um forçamento simples, pode assumir características de auto-estruturação que “parecem vida”. Mais que isso, nos deixa com a impressão de estarmos (um pouco) mais perto de uma teoria da física capaz de explicar os eventos que ocorrem (no tempo e no espaço) dentro de uma célula, como propôs Schrodinger já na primeira página do seu livro em 1944 [1].

Referências:

[1] Erwin Schrödinger. What Is Life? the physical aspect of the living cell and mind. Cambridge University Press, Cambridge, 1944.

[2] Gili Bisker e Jeremy L. England. Nonequilibrium associative retrieval of multiple stored self-assembly targets. Proceedings of the National Academy of Sciences 115.45 (2018): E10531-E10538.

[3] Natalie Wolchover. A New Physics Theory of Life. Scientific American (2014).

[4] Natalie Wolchover. First Support for a Physics Theory of Life. Quanta Magazine (2017).

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O papel da evolução no surgimento e no tratamento do câncer

Os últimos meses foram marcados, em todo o Brasil, por campanhas de prevenção ao câncer de mama, com o outubro rosa, e ao câncer de próstata, com o novembro azul. Agora, por meio do dezembro laranja, as campanhas de saúde pública se voltam para outro vilão, o câncer de pele.

O motivo dessas mobilizações nacionais é bem evidente: o câncer é uma doença com uma alta frequência na população nacional e mundial. Segundo a OMS (Organização Mundial de Saúde), estima-se que até 2040 serão registrados 29,4 milhões de novos casos de câncer no mundo, uma expansão de 63% nos próximos 20 anos. Além disso, a mortalidade decorrente de câncer deve subir de 9,6 milhões de pessoas em 2018 para 16,3 milhões em 2040.

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Figura 1. Representação de um tumor (Fonte: Mopic/Alamy, BBC, 2016).

Olhando esse cenário, podemos nos perguntar: qual o motivo de tantas pessoas desenvolverem essa patologia ao longo da vida? As explicações mais comuns para esses números alarmantes estão relacionadas ao envelhecimento da população e aos hábitos das pessoas, como má alimentação, tabagismo, obesidade e falta de atividade física. Entretanto, para responder esse questionamento inteiramente, é importante entender que o câncer é um subproduto do processo evolutivo e que nós, seres humanos, fazemos parte desse processo e, dessa forma, somos suscetíveis a essa doença.

Para compreender o câncer nós precisamos lembrar de um processo biológico fundamental: a divisão celular. Esse processo é extremamente regulado nas células do nosso corpo. Entretanto, uma célula cancerígena é capaz de “quebrar” os mecanismos de controle que uma célula comum segue, gerando uma proliferação celular descontrolada [1].

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Figura 2. Representação de uma molécula de DNA sendo quebrada (Fonte:  Paul Wootton/SPL, BBC, 2016).

Durante os anos de evolução da vida em nosso planeta, muitos mecanismos de reparo de danos celulares surgiram, além de mecanismos de destruição das células que apresentem alguma irregularidade. Esses mecanismos evitam que tais células “danificadas” causem prejuízos para todo o organismo. Entretanto, essas correções, apesar de excelentes, não são exatamente perfeitas. Quando um pequeno número de células que possuem alguma alteração não são “consertadas” pelos mecanismos de reparo, essa população celular pode crescer, gerando centenas e milhares de células alteradas, que levam à formação do que conhecemos por um tumor [2].

Recentemente os cientistas olharam para as células cancerígenas sob novas perspectivas, e perceberam que com o crescimento desacelerado e desordenado, cada célula cancerígena possui um material genético diferente da outras células [2], como um organismo independente, e que o conjunto dessas células, o que seria análogo ao que conhecemos como uma população, está suscetível a várias pressões do ambiente externo e aos fatores evolutivos.  

Assim, após a formação de um tumor, constituído inteiramente por células alteradas, novas modificações acontecem dentro dessa mesma população de células cancerígenas, tornando-as cada vez mais diversas geneticamente [1,3]. Assim, sob essa diversidade de células há a atuação da seleção natural, ou seja, as células com maiores taxas de divisão, mais “agressivas” e resistentes sobrevivem, enquanto as outras células não tão adaptadas morrem. Esse processo faz com que as células do tumor se tornem cada vez mais “fortes” e adaptadas, sendo necessária a completa remoção de todas as células de um organismo para a eliminação da doença pois, se apenas algumas sobreviverem, elas podem rapidamente se multiplicar e voltar ao estágio de tumor.

Esse processo evolutivo com constantes modificações é uma das razões de ser tão difícil encontrar um único tratamento para o câncer. Entretanto, entender esse processo nos revela também uma das possibilidades de cura. Cientistas começaram a olhar os cânceres sob a luz da evolução e descobriram que as células de um tumor usualmente compartilham alterações genéticas (mutações) provenientes das primeiras células que sofreram alterações. Em uma analogia, funciona como uma árvore com vários galhos (Figura 3).

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Figura 3. Representação do isolamento de células de diferentes partes de um tumor e reconstrução da ordem de aparecimento de cada modificação (Fonte: Kuo, C.J; Curtis, C. Nature, 2018, com adaptações e tradução para português).

O estudo [4] foi publicado na revista Nature em abril de 2018, e mostra que a partir da separação de diferentes regiões de um tumor é possível identificar a origem e as mutações acumuladas em cada parte. Assim, após entender e mapear essas primeiras alterações celulares é possível criar terapias direcionadas para cada tipo de tumor que eliminem todas as células de uma só vez.

Por fim, a ciência básica e a ciência aplicada caminham mais uma vez de mãos dadas e a cada dia mais unidas para desvendar um dos grandes desafios da humanidade no século atual: a cura do câncer.

Para saber mais sobre a história do câncer e estatísticas brasileiras vale a pena ler o livro gratuito do Instituto Nacional do Câncer (INCA) dos autores Luis A. Teixeira e Cristina O. Fonseca, intitulado “De doença desconhecida a problema de saúde pública: o INCA e o controle do câncer no Brasil”. E, aqui no blog, recentemente nós publicamos um texto sobre um dos últimos avanços da medicina em relação ao tratamento do câncer por meio da imunoterapia. Boa leitura!

Referências:

[1] Mel Greaves & Carlo C. Maley. Clonal evolution in cancer. Nature, v. 481, p. 306–313, 2012. (https://www.nature.com/articles/nature10762)

[2] Melissa Hogenboom. How cancer was created by evolution. BBC Earth, 2016. (http://www.bbc.com/earth/story/20160601-is-cancer-inevitable)

[3] Calvin J. Kuo & Christina Curtis. Organoids reveal cancer dynamics. Nature News &  Views, p. 441, 2018. (https://www.nature.com/articles/d41586-018-03841-x)

[4] Roerink, S et al. Intra-tumour diversification in colorectal cancer at the single-cell level. Nature, n. 556, p. 457–462, 2018. (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29643510)

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Alvorecer dos mamíferos

          Os mamíferos são os vertebrados mais facilmente reconhecidos – inclusive, porque nós mesmos pertencemos a essa classe. Esse grupo de animais possui representantes com adaptações para todos os tipos de ambientes, seja com as grandes baleias no mar, toupeiras no subsolo ou os macacos e esquilos vivendo em árvores. Animais dominantes hoje, é difícil imaginar que há alguns milhares de anos nossos ancestrais viviam recolhidos às sombras dos grandes dinossauros. Durante a era Mesozóica (entre 250 a 65 milhões de anos atrás), o surgimento de duas grandes linhagens iria definir os mamíferos de hoje: uma chamada Allotheria (que hoje não apresenta nenhuma espécie viva, sendo, portanto, completamente extinta) e Theria, que inclui os mamíferos “verdadeiros” atuais (ou seja, todos os tipos de mamífero exceto os monotremados) e seus parentes próximos. Um grande problema não resolvido na evolução dos mamíferos é que as relações sobre a origem de Allotheria, incluindo Multituberculata e Haramiyida são muito pouco conhecidas (Figura 1).

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Figura 1: Um cladograma representando as relações filogenéticas entre os mamíferos e seus antecessores. A grande seta indica o grupo chamado “Mamíferos Coroa”(que consiste nos representantes vivos desse conjunto, juntamente com todos os seus ancestrais, inclusive com o ancestral comum mais recente). Percebam que Haramiyida (composto pelas espécies Haramiyavia, Aboroharamiya, e os grupos Plagiaulacida e Cimolodonta) estão na árvore, já dentro dos Mamíferos Coroa.  Modificada de Zheng et al (2013).

        Os multituberculados são os mamíferos da era Mesozóica mais diversificados e conhecidos, e possuíam papel ecológico similar ao dos roedores modernos. Já os haramiyidíos foram, durante muito tempo foram conhecidos principalmente por fósseis de dentes isolados, o que sempre dificultava entender o posicionamento deste grupo dentro das pesquisas evolutivas.  Esse cenário mudou com a descoberta de vários indivíduos (inclusive, com idades diferentes) de haramiyidíos da China, datados do período Jurássico. A nova espécie, batizada de Arboroharamiya jenkinsi, era um pequeno animal arborícola, encontrado na Formação Tiaojishan (Figura 2). Sua descrição em 2013 pôde estabelecer que este era, de fato, um membro do clado Allotheria – jogando os Haramiyidios, cujo posicionamento era incerto, para bem próximo dos mamíferos verdadeiros. Graças a essa descoberta, o surgimento dos mamíferos foi situado para 50 milhões de anos antes.

Arboroharamiya

Figura 2: Representação artística de como seria o Arboroharamiya em vida. Arte por Zhao Chuang.

        Outros pesquisadores, no entanto, questionaram se esses pequenos animais seriam mamíferos verdadeiros, pois outros cinodontes possuem características ósseas muito similares aos mamíferos primitivos. Uma das poucas diferenças entre um mamífero (seja primitivo ou atual) e um cinodonte é que estes possuem um número maior de substituições contínuas da dentição.  Já os mamíferos verdadeiros possuem o que chamamos de difiodontia, ou seja, a dentição é composta por apenas duas gerações de dentes ao longo da vida (os dentes decíduos, ou “de leite”, e os dentes permanentes). Porém, no registro fóssil, é raro ter preservados os dois tipos de dentição. Para investigar e corroborar se o Arboroharamiya e os demais haramiyidíos seriam cinodontes avançados ou mamíferos verdadeiros, uma equipe de paleontólogos  tomografou os pequenos indivíduos de Arboroharamiya para explorar como seria a substituição dentária nestes animais.

        Como resultado, comparando o desenvolvimento dentário dentro de várias idades diferentes do Arboroharamiya, desde indivíduos juvenis até adultos, os pesquisadores não só observaram que os mais jovens desta espécie possuíam dentes decíduos junto com dentes permanentes, como  também apresentavam os dentes incisivos permanentes substituindo os seus correspondentes “de leite” em uma faixa de tempo muito mais lenta do que os outros dentes. Ou seja, os molares e pré-molares tinham os dentes “de leite” substituídos antes dos incisivos (Figura 3). Isso levou os paleontólogos que conduziram esse estudo a propor que o Arboroharamiya tinha uma especialização alimentar muito grande, na qual havia o prevalecimento da função mastigatória ao invés de uma função roedora. Isso trouxe mais um novo panorama: enquanto a maior parte dos mamíferos primitivos era interpretada como animais roedores, ao menos o Arboroharamiya poderia ter um hábito alimentar mais diversificado, o que implica um grande êxito adaptativo já no início da história evolutiva dos mamíferos. Essa descoberta  confirma que o Arboroharamiya faz parte do clado dos mamíferos coroa, e nos ajuda a entender novas características para os mamíferos  primitivos e seu complexo padrão de evolução. A difiodontia é tratada então como muito mais antiga do que se pensava, e reforça a entender o que de fato é um mamífero. Além, essa pesquisa nos traz novos dados que ajudam a compreender a evolução e a diversificação dos mamíferos coroa.

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Figura 3: Um dos dentes analisados graças à tomografia. A figura mostra os dentes  decíduos germinados (marcados pelas siglas lp4 e lm1), enquanto que o dente permanente está terminando de se formar (marcado pela sigla am2). A seta vermelha indica um dente incisivo que estava pronto para germinar.Imagem modificada de Mao et al. 2018.

Fontes Bibliográficas:

Gang Han; Fangyuan Mao; Shundong Bi; Yuanqing Wang; Jin Meng (2017). “A Jurassic gliding euharamiyidan mammal with an ear of five auditory bones”. Nature. 551 (7681): 451–456. doi:10.1038/nature24483.

Zheng, X.; Bi, S.; Wang, X.; Meng, J. (2013). “A new arboreal haramiyid shows the diversity of crown mammals in the Jurassic period”. Nature. 500 (7461): 199. doi:10.1038/nature12353.

Mao Fang-Yuan, Zheng Xiao-Ting, Wang Xiao-Li, Wang Yuan-Qing ,Bi Shun-Dong & MENG Jin (2018). Evidence of diphyodonty and heterochrony for dental development in euharamiyidan mammals from Jurassic Yanliao Biota. Vertebrata PalAsiatica (advance online publication). Doi: 10.19615/j.cnki.1000-3118.180803

Perkins, S. (7 August 2013). “Fossils throw mammalian family tree into disarray”. Nature News. Retrieved 7 August 2013.

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Eu, tu e os neandertais

Os neandertais eram hominídeos e são nossos relativos mais próximos. 

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À esqeurda o esqueleto de um neandertal e a direita de um Homo sapiens. Crédito:  American Museum of Natural History.

Isso significa que eles eram muito parecidos com o que somos hoje em dia. Esses nossos parentes não apenas coexistiram, como mantiveram relações sexuais com nossos antepassados. Apesar de não sabermos com que frequência essa ou outras relações sociais aconteceram – ou ainda se eram conscienciais, identificar que havia uma interação entre os neandertais e nossos antepassados pode elucidar o que do comportamento deles – ou do nosso – pode ter levado a que nossa espécie se espalhasse pelo mundo enquanto os neandertais se extinguissem há aproximadamente 40 milhões de anos.

 

 

Um dos comportamentos que nos dizem muito sobre as condições de vida (e que é relativamente fácil de se encontrar evidência em materiais preservados) é o comportamento alimentar. Os neandertais viveram na Eurásia, na época conhecida como Pleistoceno. Hum… talvez essa palavra já lhe remeta à famosa “dieta paleolítica”, não?

 

Pois é, saber do que nossos antepassados e nossos parentes mais próximos se alimentavam pode nos dar valiosas pistas de como nosso corpo lida com o alimento e assim ressignificar as opções dos alimentos disponíveis no mundo moderno. Na realidade isso tem importância no nível pessoal, ajudando você a escolher uma dieta saudável, mas também para medidas públicas como fornecer evidência para programas de subsídio à produção de determinados alimentos, incentivos à complementação alimentar, direcionamento para formulação de merendas e métodos protecionistas contra a produção em massa de produtos prejudiciais.

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E como sabemos o que os hominídeos estavam comendo?

Um recente estudo abordou o tema de forma inovadora e trouxe mais luz – ou maiores discussões sobre o que os neandertais estavam comendo.

Até o momento sabíamos por análises arqueológicas e de isótopos, que os hominídeos eram carnívoros e se alimentavam de ursos polares, lobos, renas, mamutes e rinocerontes. Contudo, esse estudo analisou ossadas de neandertais de diversas localidades e concluiu que na Bélgica – como o esperado – os neandertais tinham uma dieta rica em proteína animal e suas presas incluíam animais como rinocerontes e um tipo de carneiro selvagem que eram bastante característicos do ambiente. Já os neandertais que viviam na Espanha, na região da caverna El Sidrón, comiam muitos cogumelos, castanhas, e produtos que coletavam na floresta.

Dessa forma, esse estudo, usando de análises de micro fissuras e de bactérias conservadas no tártaro dos dentes, mostrou uma relação entre dieta e o ambiente em que os neandertais viviam; ou seja, eles comiam o que havia disponível, não dependendo necessariamente de proteína animal.

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Esse trabalho é muito importante tanto para o entendimento da evolução humana quanto para responder questões bastante atuais sobre a importância da proteína animal no dia a dia. Já que indica que o que guiaria a composição da dieta não seria necessidade por um determinado nutriente, mas a disponibilidade dos recursos.

Vale ressaltar que este trabalho também é bastante importante não apenas pelos resultados, mas porque usou uma técnica muito interessante de análise; além de estudar as micro fissuras causadas nos dentes pelo atrito com os alimentos, eles identificaram geneticamente as bactérias presentes nos tártaros. Como as bactérias possuem uma dieta específica elas são um indício confiável sobre o que aquele indivíduo estava comendo. As bactérias vivem na sua boca podendo se alimentar apenas do que você escolheu comer. Logo, se você é um carnívoro, sua boca contará com uma fauna carnívora, porque aquelas bactérias que só comem vegetais morreriam de fome. Elas podem formar e ficar conservadas no que conhecemos como tártaro por milhares de anos, e além de nos dar pistas do que se comia também nos fornece informação como possíveis doenças que abalavam nossos parentes neandertais (e outros hominídeos e animais). Esse estudo abriu portas para que esses delegados “problemas” bucais, tártaros e abscesso, recebam mais atenção, porque também evidenciou que estes neandertais estavam se utilizando de plantas medicinais já que foi encontrado ácido salicílico (componente ativo da aspirina) e Penicillium.

Fácil então, identificar que não há uma pílula mágica – ou nutriente mágico. Avançamos – e muito – nas metodologias, nos instrumentos e nas interpretações para decifrar o material preservado e desvendar nossa dieta, e cada vez mais acumumulamos evidência da nossa adaptação à flexibilidade. Temos uma estratégia flexível, ou seja, somos especialistas em respondermos ao ambiente. Comemos o que está disponível. E isso foi e ainda é bastante importante para nossa sobrevivência. Talvez, o grande desafio para a nossa saúde não sobreviva nos resquícios do passado, mas no perigo das novas tecnologias.

PARA SABER MAIS:

Weyrich, Duchene, Cooper (2017) Neanderthal behaviour, diet, and disease inferred from ancient DNA in dental calculus. Nature. 544: 357-361

Henry A G, Ungar P S, Passey B H et al (2012).. The diet of Australopithecus sediba. Nature. 487: 90–93

Lieberman, D. A história do corpo humano: evolução, saúde e doença. Editora Zahar.

Créditos das fotos: pixabay (fotos livres)

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Caudas perigosas

Que a defesa é o melhor ataque, como diz o provérbio, todos já sabemos. E na natureza, essa regra é levada a sério, especialmente quando falamos em uma corrida armamentista natural. Tanto nos dias de hoje, como no passado, diversos animais desenvolveram formas muito peculiares para se defender de seus possíveis inimigos. Um dos locais mais vulneráveis dos corpos dos animais – a cauda – ao contrário do que é esperado, não é onde encontramos a maioria das adaptações para a defesa. Quem não se lembra dos espinhos mortais no Stegosaurus – astro de alguns filmes e desenhos animados sobre dinossauros – ou a clava no não-tão-famoso, o Ankylosaurus (Figura 1)? Até mesmo alguns saurópodes desenvolveram algo parecido com a clava dos Ankylosaurus, porém aparentemente isso só surgiu apenas em duas espécies desse grupo.

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Figura 1. Diferentes tipos de dinossauros e suas caudas modificadas em armas para defesa. A) Ankylosaurus e sua cauda em clava; B) Shunosaurus com um “porrete” na cauda e C) Miragaia, um parente do Stegosaurus, mostrando a cauda repleta de espinhos. Imagem por Mohamad Haghani.

Mas o grande mistério permanece: por que não vemos estruturas parecidas como essas nos animais viventes? Em um estudo que abrange 300 milhões de anos de história evolutiva, duas pesquisadoras, Victoria Arbor da Universidade Estadual da Carolina do Norte e Lindsay Zanno, do Museu de Ciências Naturais da Carolina do Norte sugerem uma resposta interessante. Segundo as autoras, são necessários quatro componentes: maior tamanho corporal, presença de uma armadura (ainda que sutil), e… rigidez torácica!

Para desenvolver o trabalho, as autoras analisaram um conjunto de dados com 286 espécies, entre elas dinossauros, mamíferos e outros vertebrados. Dentre as amostras, foram levantadas espécies vivas e extintas, para avaliar se havia algum tipo de direcionamento na evolução de três tipos específicos de armas na cauda (espigões ou espinhos ósseos, um rabo rígido ou um espessamento ósseo na ponta da cauda, veja Figura 2).

As autoras descrevem no artigo que clavas, porretes e espinhos nas caudas só são encontrados em poucos animais extintos – como os dinossauros já ditos anteriormente, mas também em algumas tartarugas fósseis e em gliptodontes (parentes distantes dos tatus). Apesar de todos esses exemplos serem de espécies já extintas, as autoras também levantam um ponto: se o aparecimento de defesas nas caudas está relacionado ao tamanho corporal, por que outras espécies de dinossauros também não desenvolveram algo semelhante em suas caudas? E mais ainda: quando as autoras observaram o registro fóssil, perceberam que na verdade a maior parte dos armamentos estão localizadas na cabeça. Isso leva a outro questionamento: se a cabeça é alvo preferencial de predadores, por que a evolução não favoreceu mais animais com caudas armadas, ao invés de criar algo que chama mais atenção para a cabeça?

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Figura 2. Existem três tipos principais de artigos de defesa na cauda: clavas, espinhos e enrijecimento caudal. Todos eles são ligados a quatro parâmetros descritos pelas autoras. Imagem adaptada de Arbour & Zanno, 2018.

Como possíveis respostas às essas perguntas, as autoras perceberam que todos os animais amostrados tinham quatro características em comum. Primeiro, eles eram geralmente grandes, pesando mais de 200 quilos – ou seja, animais pequenos não estão propensos a desenvolver esse tipo de defesa. Em segundo lugar, seria o aparecimento de algum tipo de armadura. Antigas espécies de tartarugas, gliptodontes e dinossauros blindados estavam cobertos com algum tipo de carapaça dura. E essa resposta já nos leva a um terceiro ponto: a rigidez torácica. Essa rigidez se deve a presença da própria armadura, já que se seu corpo possui uma cobertura óssea, ele não irá se dobrar lado a lado facilmente. A rigidez, em particular, levou as paleontólogas a pensar que essa falta de mobilidade lateral ajudou a neutralizar as forças necessárias para balançar uma cauda mais pesada.

O último ponto já se referia a algo interessante: somente animais herbívoros desenvolveram esse mecanismo. Esse último ponto, entretanto, não era uma novidade, visto que tanto Darwin (1871) quanto outros autores (exemplo, Emile, 2008) já haviam percebido que a maior parte dos animais que desenvolvem alguma estrutura de defesa são animais herbívoros, de modo a terem uma proteção mais ofensiva contra os seus predadores. A novidade das autoras, então, foi associar a herbivoria aos demais componentes (tamanho corporal, presença de algum tipo de armadura e rigidez torácica) para favorecer o surgimento de estruturas de defesa nas caudas, bem como de observar que todas essas estruturas, apesar de terem uma mesma função defensiva, possuíam duma diversidade de comportamentos associados a elas (Figura 3). Outros resultados mostraram que a maioria das defesas nas caudas consiste na modificação e fusão de osteodermos, enquanto raras são as vezes que estruturas completamente novas (como as clavas dos anquilossauros ou do Shunosaurus) são criadas, todas elas gerando uma diversidade de blindagens.

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Figura 3. Os tipos de defesas encontradas nas caudas dos animais estudados e seus possíveis comportamentos associados. Imagem adaptada de Arbour & Zanno, 2018.

As autoras percebem que o armamento nas caudas é raro nos animais existentes pela combinação de fatores também não ser algo muito frequente na fauna de hoje – já as explicações do que porquê isso não acontece ainda não são conhecidas e aguardam por novos estudos. Mas claro que, por essa combinação de quatro componentes já foi um tanto raro no passado, é de certa forma esperado que também não fosse muito comum nos dias de hoje. Por fim, as autoras concluem que essas correlações ecológicas e morfológicas sugerem que os quatro parâmetros identificados por elas influenciam a evolução de distintos comportamentos, bem como suas possíveis consequências em desenvolvimentos de estruturas morfológicas para evitar predadores.

Referências:

ARBOUR, V.M.; ZANNO, L.E. 2018. The evolution of tail weaponization in amniotes. Proceedings of The Royal Society B 285: 20172299.

DARWIN, C. 1871 The descent of man, and selection in relation to sex, vol. 2. London, UK: John Murray.

EMLE, N.D.J. 2008. The evolution of animal weapons. Annu. Rev. Ecol. Evol. S. 39, 387–413. (doi:10.1146/annurev.ecolsys.39.110707.173502)