Estudo esclarece como plantas carnívoras adquiriram gosto por carne

Seleção Natural | Evolução no ENEM | Prof. Paulo Jubilut (Julho 2019).

Anonim

Para o humano comum que come plantas, o pensamento de uma planta virando as mesas para se deleitar com um animal pode parecer uma novidade chocante.

Agora, a ciência está mostrando como essas características macabras são notáveis.

Um novo estudo investiga as origens do carnívoro em várias plantas distantes - incluindo as plantas carnívoras australianas, asiáticas e americanas, que parecem impressionantemente semelhantes ao olho humano (ou inseto). Embora cada espécie tenha desenvolvido carnívoros de forma independente, a pesquisa conclui que a maquinaria biológica necessária para digerir insetos evoluiu de maneira surpreendentemente semelhante nos três animais.

Os resultados sugerem que, para uma planta, as rotas evolutivas para o carnívoro podem ser poucas e distantes entre si.

"Isso sugere que existem apenas caminhos limitados para se tornar uma planta carnívora", diz o biólogo Victor A. Albert, da Universidade de Buffalo. "Essas plantas têm um kit de ferramentas genéticas, e estão tentando encontrar uma resposta para o problema de como se tornar carnívoro. E, no final, todas elas vêm com a mesma solução."

A pesquisa "Genoma da planta de cânhamo Cephalotus revela mudanças genéticas associadas ao carnívoro", que será publicado em 6 de fevereiro de 2017 na Nature Ecology and Evolution. Foi conduzido por uma equipe internacional liderada por Mitsuyasu Hasebe, PhD, do Instituto Nacional de Biologia Básica no Japão e SOKENDAI (Universidade Graduada de Estudos Avançados) no Japão; Kenji Fukushima, PhD, das mesmas instituições e da Escola de Medicina da Universidade do Colorado; Shuaicheng Li, PhD, da BGI-Shenzhen na China; e Albert, PhD, professor de ciências biológicas na Faculdade de Artes e Ciências da UB.

Como se tornar uma planta jarro: uma estrada evolutiva estreita

Plantas carnívoras capturam insetos atraindo-os para uma armadilha de queda - uma folha em concha com um interior ceroso e escorregadio que dificulta a saída. Uma sopa de fluidos digestivos fica no fundo desta câmara e quebra a carne e o exoesqueleto da presa.

As plantas australianas, asiáticas e americanas possuem essas características, apesar de terem evoluído independentemente para se tornarem carnívoros, como Albert e seus colegas descobriram em um estudo de 1992 publicado na revista Science.

O novo artigo baseia-se nesse trabalho mais antigo, conduzindo uma investigação mais profunda sobre como as plantas lançadoras não relacionadas passaram a compartilhar muito em comum.

Acontece que o caminho para o carnívoro foi notavelmente semelhante para as três espécies examinadas - Cephalotus follicularis (a planta de jarro australiana, relacionada à carambola), Nepenthes alata (uma planta de jarro asiática relacionada ao trigo) e Sarracenia purpurea (uma planta de jarro americana). relacionados com kiwis). Uma análise genética, que incluiu o seqüenciamento de todo o genoma de Cephalotus, encontrou fortes evidências de que durante sua evolução em carnívoros, cada uma dessas plantas cooptou muitas das mesmas proteínas antigas para criar enzimas para digerir presas.

Ao longo do tempo, nas três espécies, as famílias de proteínas vegetais que originalmente ajudaram na autodefesa contra doenças e outros estresses se desenvolveram nas enzimas digestivas que vemos hoje, sugerem pistas genéticas. Essas enzimas incluem quitinase básica, que quebra a quitina - o principal componente dos exoesqueletos duros e externos dos insetos - e a fosfatase ácida púrpura, que permite que as plantas obtenham fósforo, um nutriente essencial, das partes do corpo das vítimas.

Enzimas em uma quarta espécie carnívora, a sundew Drosera adelae, uma parente de Nepenthes que não é uma planta carnívora, também pareciam compartilhar esse caminho evolutivo.

'Restrições nas rotas disponíveis' para carnivory

As descobertas representam um exemplo de evolução convergente, em que espécies não relacionadas evoluem independentemente para adquirir características similares, dizem os co-autores Hasebe e Fukushima.

"Tal desenvolvimento paralelo geralmente aponta para uma adaptação particularmente valiosa", diz Hasebe.

Como Fukushima explica, "plantas carnívoras geralmente vivem em ambientes pobres em nutrientes, então a capacidade de prender e digerir animais pode ser indispensável, dada a escassez de outras fontes de nutrição".

É impressionante que as plantas estudadas tenham adotado uma rota semelhante para se tornarem predadores, dizem os co-autores. A evolução convergente geralmente funciona assim: por exemplo, Albert e colegas mostraram em um estudo anterior que, enquanto as plantas de café e chocolate desenvolviam cafeína de forma independente, elas cooptaram proteínas estreitamente relacionadas para produzir cafeína.

Os resultados do novo estudo "implicam restrições nas rotas disponíveis para evoluir o carnívoro das plantas", escrevem os autores em Nature Ecology and Evolution. Esta perspectiva é ressaltada por semelhanças incomuns entre enzimas digestivas nas plantas de Cephalotus e Nepenthes.

Durante o curso da evolução, blocos de enzimas chamados aminoácidos são trocados e substituídos por outros aminoácidos. Em C. follicularis e N. alata, quitinases básicas e fosfatases ácidas roxas compartilham numerosas substituições de aminoácidos idênticas ou altamente similares que não ocorrem em espécies não-carnívoras, sugerindo que estas alterações podem ajudar estas enzimas a funcionar de maneira especial, carnívora.

Da mesma forma, a enzima RNase T2, que decompõe um material chamado RNA em células de insetos para produzir alimentos para as plantas, teve múltiplas substituições de aminoácidos evolutivamente convergentes em C. follicularis e um ancestral comum de N. alata e D. adelae.

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