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Estudo genético dos ácaros do pó doméstico demonstra evolução reversível

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Uma imagem de microscópio eletrônico de varredura de um ácaro americano pó de casa. Crédito da imagem: G. e R. Bauchan OchoaANN ARBOR—Na biologia evolutiva, há uma profunda suposição enraizada que você não pode ir para 'casa' novamente: uma vez que um organismo desenvolve características especializadas, ele não pode voltar ao estilo de vida dos seus antepassados.

Existe até mesmo um nome para esta idéia penetrante. A Lei de Dollo afirma que a evolução é unidirecional e irrevogável. Mas esta 'lei' não é aceita universalmente e é um tópico quente de debate entre biólogos.

Agora uma equipe de pesquisa conduzida por dois biólogos da Universidade de Michigan tem usado um estudo genético amplo do simples ácaro do pó doméstico para descobrir um exemplo da evolução reversível que parece violar a Lei de Dollo.

O estudo mostra que um pequeno ácaro do pó doméstico, de vida-livre, que prospera nos colchões, sofás e carpetes até de casas mais limpas, desenvolve-se de parasitas, que por sua vez desenvolve-se de organismos de vida-livre há milhões de anos.

"Conclusivamente, todas as nossas análises demonstraram que os ácaros do pó doméstico abandonaram um estilo de vida parasítico, ficando secundariamente de vida-livre, e então ocorre a especiação em vários habitats, incluindo a habitação humana," segundo Pavel Klimov e Barry OConnor do Departamento de Ecologia e Biologia Evolutiva da U-M.

O estudo deles, "Parasitismo permanente é reversível?" - Evidência Crítica da Primeira Evolução dos Ácaros Domésticos," tem publicação online agendada para 8 de Março no Jornal Biologia Sistemática.

Os ácaros são aracnídeos relacionados a aranhas (ambos têm oito pernas) e estão entre os animais mais diversos na Terra. Os ácaros do pó de casa, membros da família Pyroglyphidae, são a causa mais comum dos sintomas alérgicos em seres humanos, afetando até 1.2 bilhões de pessoas no mundo inteiro.

Apesar do seu enorme impacto na saúde humana, as relações evolutivas entre essas criaturas do tamanho de uma partícula são pobremente entendidas. Segundo Klimov e OConnor, há 62 hipóteses diferentes que discutem se os ácaros do pó doméstico de hoje se originaram de um antepassado de vida-livre ou de um parasita — um organismo que vive sob ou dentro de uma espécie de anfitrião e danifica esse anfitrião.

No estudo deles, Klimov e OConnor avaliaram as 62 hipóteses. O projeto usou um amplo sequenciamento de DNA, a construção de detalhadas árvores evolutivas chamadas filogenias, e sofisticadas análises estatísticas para testar as hipóteses sobre a ecologia ancestral dos ácaros do pó doméstico.

Na árvore filogenética que eles produziram, os ácaros do pó doméstico aparecem dentro de uma grande linhagem de ácaros parasitas, o 'Psoroptidia'. Esses ácaros são parasitas em tempo integral de pássaros e mamíferos que nunca deixam os corpos dos seus anfitriões. A análise da U-M mostra que os antepassados parasitas imediatos do ácaro do pó doméstico incluem os ácaros da pele, como os ácaros da sarna dos gados, dos cães e os ácaros de ouvido em felinos.

"Este resultado foi tão surpreendente que decidimos contatar nossos colegas para obter o feedback deles antes do envio desses dados para publicação," disse Klimov, primeiro autor do estudo e assistente cientista de pesquisa do Departamento de Ecologia e Biologia Evolutiva.

O resultado foi tão surpreendente basicamente porque ele vai contra a idéia estabelecida de que parasitas altamente especializados não podem voltar ao estilo de vida-livre dos seus antepassados.

"Os parasitas podem desenvolver rapidamente mecanismos altamente sofisticados de exploração do anfitrião e perder sua capacidade de funcionar longe do corpo de anfitrião," disse Klimov. "Eles muitas vezes experimentam a degradação ou a perda de muitos genes porque suas funções não são mais necessárias em um meio ambiente rico onde os anfitriões fornecem tanto espaço vivo como nutrimentos. Muitos pesquisadores da área percebem tal especialização como evolutivamente irreversível."

As descobertas da U-M também têm implicações na saúde humana, disse OConnor, professor do Departamento de Ecologia e Biologia Evolutiva e curador de insetos e aracnídeos do Museu de Zoologia da U-M.

"Nosso estudo é um exemplo de que fazer uma pergunta puramente acadêmica pode resultar em grandes aplicações práticas," ele disse. "Conhecer as relações filogenéticas dos ácaros do pó doméstico pode fornecer discernimento sobre as propriedades alergênicas das proteínas de imuno-resposta desencadeantes e sobre a evolução de genes que codificam os alérgenos."

O projeto teve início em 2006 com uma verba da Fundação Nacional de Ciência. O primeiro passo foi a obtenção de amostras de muitos ácaros de vida-livre e parasitas — tarefa nada simples considerando que algumas espécies de ácaros se associam com mamíferos raros ou espécies de pássaros espalhados pelo mundo.

A equipe de pesquisa confiou em uma rede de 64 biólogos de 19 países para obter as amostras. Além do mais, Klimov e OConnor viajaram pela América do Norte e do Sul, pela Europa, Ásia e pela África. Em uma ocasião, demorou dois anos para obterem amostras de uma importante espécie que parasita pássaros africanos.

Um total de aproximadamente 700 espécies de ácaros foram coletadas para o estudo. Para a análise genética, os mesmos cinco genes nucleares foram sequenciados em cada espécie.

Como a mudança ecológica do estado de parasita para vida-livre poderia acontecer?

Existe uma pequena dúvida que os primeiros ácaros do pó de vida-livre foram habitantes de ninhos — os ninhos de pássaros e mamíferos são o hábitat principal de toda a espécie moderna de vida-livre na família 'Pyroglyphidae'. Klimov e OConnor propõem que uma combinação de várias características dos parasitas antepassados deles desempenhasse um papel importante na permissão deles abandonarem o parasitismo permanente: a tolerância da baixa umidade, o desenvolvimento de enzimas digestivas poderosas que permitiram que eles se alimentassem da pele e de matérias queratínicas (contendo a queratina de proteína, que é encontrada em cabelo humano e em unhas), e de anfitriões de baixa especificidade parasitária com frequentes mudanças para anfitriões não relacionados.

Essas características, que estão em quase todos os ácaros parasíticos, foram provavelmente precursores importantes que permitiram que as populações de ácaros se prosperassem em ninhos de anfitriões apesar da baixa umidade e da escassez e baixa qualidade dos alimentos, segundo Klimov e OConnor. Por exemplo, as poderosas enzimas permitiram que esses ácaros consumissem penas de difícil digestão e flocos de pele compostos de queratina.

Com o advento da civilização humana, a habitação de ninhos 'pyroglyphids' pode ter se deslocado para residências humanas dos ninhos de pássaros e roedores que vivem em ou em volta das 'casas humanas'. Uma vez que os ácaros se mudaram para ambientes internos, as potentes enzimas digestivas e outras moléculas de imuno-resposta desencadeantes que carregam, fizeram deles a principal fonte de alergias humanas.

Este trabalho teve o apoio da Fundação Nacional de Ciência e foi também beneficiado, em parte, por espécimes coletadas pelo Projeto de Agentes Patógenos Emergente do Museu "Field", patrocinado pela Fundação Davee e pela fundação de pesquisa dos médicos Ralph e Marian Falk. O trabalho molecular foi conduzido no Laboratório de Diversidade Genômica do Museu de Zoologia da U-M.

 

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