os híbridos interespécies desempenham um papel Vital na evolução

controvérsias como esta sublinham a possibilidade de que a má reputação dos híbridos naturais não é inteiramente justificada. Historicamente, os híbridos têm sido frequentemente associados com a descendência estéril ou imprópria de cruzamentos maladaptivos (como o mulo, nascido de um cavalo fêmea e um burro macho). Os naturalistas têm tradicionalmente visto a hibridação na natureza como um tipo de irrelevante, na maioria raro, casulo sem saída. Se os híbridos não são viáveis, férteis ou comuns, como podem ter muita influência na evolução? Mas como os estudos genômicos fornecem novos insights sobre como as espécies evoluem, os biólogos estão vendo que, surpreendentemente frequentemente, os híbridos desempenham um papel vital em fortificar as espécies e ajudá-los a adquirir genes úteis de parentes próximos.

em resumo, pares maladaptivos não contam a história completa de cruzamento. A transferência genética que ocorre entre organismos enquanto suas linhagens divergem tem uma mão no surgimento de traços adaptativos e na criação de novas espécies completamente. De acordo com Arnold, não só é comum para espécies recém-emergentes readquirir genes através de populações híbridas, “mas é provavelmente a forma mais comum de evolução prossegue, quer você esteja falando de vírus, plantas, bactérias ou animais.”

Lions and Tigers and Jaguars, Oh My!Mais recentemente, assinaturas de hibridação apareceram em estudos sobre a evolução da onça-pintada. Em um artigo publicado no mês passado no Science Advances, uma equipe de pesquisadores de instituições de sete países examinaram os genomas dos cinco membros do gênero Panthera, muitas vezes chamados de “grandes gatos”: leões, leopardos, tigres, jaguares e leopardos da neve. Os cientistas sequenciaram os genomas da onça-pintada e do leopardo pela primeira vez e os compararam com os genomas já existentes para as outras três espécies, encontrando mais de 13.000 genes que foram compartilhados em todos os cinco. Esta informação os ajudou a construir uma árvore filogenética (em essência, uma árvore genealógica para espécies) para descrever como os diferentes animais divergiram de um ancestral comum aproximadamente 4,6 milhões de anos atrás.Um dos líderes do grupo, Eduardo Eizirik, biólogo e ecologista da Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul, dedicou os últimos 15 anos a estudar a onça-pintada. Como ele e seus colegas mapeado o genoma, que penteadas para genes que poderiam ter sido responsável por adaptações, como o animal, de cabeça grande e forte mandíbula, o que provavelmente evoluiu para acomodar uma dieta de blindados de répteis, permitindo que o jaguar para esmagar através de pele de crocodilo ou cascos de tartaruga, por exemplo — depois de um evento de extinção em que eliminou a maioria dos grandes mamíferos presa.Algumas dessas adaptações, no entanto, podem não ter se originado na linhagem jaguar. A equipa de Eizirik encontrou provas de muitos cruzamentos entre as diferentes espécies Panthera. Em um caso, dois genes encontrados no jaguar apontaram para uma hibridação passada com o leão, que teria ocorrido após seus caminhos filogenéticos terem bifurcado. Ambos os genes se envolveram na formação do nervo óptico; Eizirik especulou que os genes codificaram uma melhoria na visão que os jaguares precisavam ou poderiam explorar. Por quaisquer razões, a seleção natural favoreceu os genes do leão, que tomou o lugar daqueles que a onça-pintada originalmente tinha por essa característica.

tal hibridação ilustra por que a delimitação do grupo Eizirik da árvore evolucionária Panthera é tão notável. “A conclusão é que tudo isso se tornou mais complexo”, disse Eizirik. “As espécies eventualmente se separam, mas não é tão imediato como as pessoas costumam dizer.”Ele acrescentou :” os genomas que estudamos refletem este mosaico de histórias.”

The Biological Species Concept

Although supporting data as detailed and as thoroughly analyzed as Eizirik’s is rare, the underlying idea that hybridization contributes to species development is by no means new. Biólogos sabem desde a década de 1930 que a hibridação ocorre frequentemente em plantas (é documentado em cerca de 25 por cento das espécies de plantas com flor no Reino Unido) e desempenha um papel importante em sua evolução. Na verdade, foi um par de botânicos que, em 1938, cunhou a frase “hibridização introgressiva”, ou introgressão, para descrever o padrão de hibridização e fluxo genético que eles viram em seus estudos. Imagine membros de duas espécies — vamos chamá — los de A E B-que cruzam para produzir 50-50 descendência híbrida com partes iguais de genes de cada pai. Em seguida, imagine esses híbridos cruzando de volta para procriar com membros da espécie A, e assumir que seus descendentes fazem o mesmo. Muitas gerações mais tarde, a natureza é deixada com organismos da espécie a cujos genomas retêm alguns genes da espécie B. estudos têm demonstrado que este processo pode produzir espécies de plantas inteiramente novas também.

mas as espécies animais pareciam mais discretas, pelo menos por um tempo. A maioria dos zoólogos apoiou o conceito de espécies biológicas proposto em 1942 pelo lendário biólogo Ernst Mayr, que foi um dos arquitetos da síntese moderna, a versão da teoria da evolução que combinou a seleção natural de Darwin com a Ciência da genética. O conceito de espécie biológica de Mayr foi baseado no isolamento reprodutivo: uma espécie foi definida como uma população que não podia ou não se reproduzir com outras populações. Mesmo quando as exceções a essa regra começaram a surgir na década de 1970, muitos biólogos consideraram a hibridação muito rara para ser importante em animais. “Tínhamos uma atitude cega”, disse James Mallet, um biólogo evolucionista da Universidade de Harvard. Hoje, acrescentou, dizendo que tais hibridação não afetam as reconstruções da história evolucionária ou “que isso não era útil na evolução adaptativa — que já não é sustentável.”

isto é especialmente verdadeiro agora que ferramentas computacionais e genômicas provam o quão prolífica é a introgressão-mesmo em nossa própria espécie. Desde 2009, estudos têm revelado que aproximadamente 50.000 a 60.000 anos atrás, alguns humanos modernos se espalhando para fora da África entrelaçados com neandertais; eles mais tarde fizeram isso com outro grupo humano ancestral, os Denisovanos, também. As crianças em ambos os casos acasalaram com outros humanos modernos, passando os genes que adquiriram para nós. Atualmente, pesquisadores estimam que algumas populações herdaram 1 a 2 por cento de seu DNA de neandertais, e até 6 por cento dele de Denisovans — frações que equivalem a centenas de genes.Em 2012, Mallet e seus colegas mostraram uma grande quantidade de fluxo genético entre duas espécies de hibridação de Heliconius butterfly. No ano seguinte, eles determinaram que aproximadamente 40% dos genes de uma espécie tinham vindo da outra. A equipe de Mallet agora está trabalhando com outro par de espécies de borboletas que trocam ainda mais de seus genes: algo como 98%, disse ele. Apenas os 2% restantes do genoma transportam a informação que separa as espécies e reflecte a sua trajectória evolutiva “verdadeira”. Um desfocamento semelhante de linhas de espécies já foi encontrado em mosquitos portadores de malária do gênero Anopheles.

outros tipos de organismos, desde peixes e aves até lobos e ovelhas, também experimentam a sua quota de introgressão. “As fronteiras entre as espécies são agora conhecidas por serem menos rígidas do que se pensava anteriormente”, disse Peter Grant, um biólogo evolucionista da Universidade de Princeton que, juntamente com seu companheiro biólogo de Princeton (e esposa) Rosemary Grant, tem estudado a evolução das tentilhões de Galápagos há décadas. Reconstruções filogenéticas retratam padrões treelike como se houvesse uma barreira clara entre espécies que surge instantaneamente e nunca é rompida. Isto pode ser enganador.”

Arnold concordou. “É uma teia de vida”, disse ele, ” ao invés de uma simples árvore bifurcante da vida.”Isso também significa que é mais necessário do que nunca examinar todo o genoma, e não apenas genes selecionados, para entender as relações evolutivas de uma espécie e gerar a filogenia correta. E mesmo isso pode não ser suficiente. “Pode muito bem ser”, disse Mallet, ” que alguns padrões evolucionários reais ainda são completamente irrecuperáveis.”

os Genes inquietos fazem – se sentir

os estudos genómicos não podem criar uma imagem completa dos movimentos introgressivos dos genes. Sempre que uma espécie herda genes de outra, o resultado pode ser deletério, neutro ou adaptativo. A seleção Natural tende a eliminar o primeiro, embora alguns dos genes que herdamos dos neandertais, por exemplo, possam estar envolvidos em transtornos como diabetes, obesidade ou depressão. Regiões introgressas neutras derivam, então é possível para eles permanecerem no genoma por longos períodos de tempo sem ter um efeito observável.

mas são as introgressões benéficas que fascinam particularmente os pesquisadores. Reparem no ADN de Neandertal e Denisovan: esses genes permitiram que as pessoas se adaptassem aos ásperos ambientes de lugares como o planalto tibetano, protegendo-os contra os efeitos nocivos das altitudes elevadas e da baixa saturação de oxigénio, que em locais não podem causar AVC, aborto espontâneo e outros riscos para a saúde. Variantes de cruzamento com seres humanos arcaicos também conferiram imunidade a certas infecções e tornaram a pigmentação da pele e do cabelo mais adequada para climas eurasianos.

as borboletas de Mallet, também, refletem evidências de hibridação adaptativa, particularmente com características envolvidas em mimetismo e prevenção de predadores. Pesquisadores observaram que, embora a maioria das espécies de Heliconius tivesse coloração e padrão de asa altamente divergentes, alguns tinham uma semelhança impressionante um com o outro. Os pesquisadores acreditavam que estas espécies tinham convergido independentemente nestas características, mas acontece que isso é apenas parcialmente correto. Mallet e outros descobriram que introgression também foi responsável. O mesmo vale para os tentilhões de Galápagos: partes de seus genomas que controlam as características, incluindo o tamanho do bico e a forma, foram compartilhadas através da hibridação. Mais uma vez, a evolução paralela não pode explicar tudo.

para que estes efeitos ocorram, a taxa de hibridação pode ser — e provavelmente é — muito pequena. Para as borboletas quase totalmente hibridizadas de Mallet, “o truque ocasional de um híbrido acasalando a cada 1.000 acasalamentos normais é suficiente para homogeneizar completamente genes entre as espécies”, disse ele. “Isso é muito excitante.”

à medida que estes padrões de introgressão se tornaram cada vez mais predominantes na literatura científica, os investigadores decidiram descobrir as suas consequências evolutivas. Estes vão além do fato de que a especiação tende a ser um processo muito mais gradual do que muitas vezes é feito para ser. “A diversificação, a adaptação e a evolução adaptativa parecem ser muitas vezes impulsionadas por genes que se movem”, disse Arnold.

a pesquisa feita por Eizirik e sua equipe faz um argumento convincente para isso. Na época em que ocorreram as introgressões genéticas analisadas, estima-se que as populações de todas as cinco espécies Panthera tenham diminuído, provavelmente devido a mudanças climáticas. Quanto menor for a população, maior será a probabilidade de uma mutação nociva se apor ao seu genoma. Talvez o fluxo genético encontrado entre as diferentes espécies, então, resgatou-os da extinção, proporcionando mutações adaptativas e “remendando” as deletérias. “Este tipo de infusão de mutações genéticas é tão grande que pode causar uma evolução muito rápida”, disse Arnold.

e o processo não termina com a aceleração da evolução em uma única espécie. A introgressão adaptativa pode, por sua vez, contribuir significativamente para a radiação adaptativa, um processo pelo qual uma espécie se diversifica rapidamente em uma grande variedade de tipos, que então formam novas linhagens que continuam a se adaptar independentemente. O caso textual pode ser encontrado nos grandes lagos da África Oriental, que abriga centenas e centenas de espécies de cichlid, um tipo de peixe que se diversificou em explosões (na escala de tempo evolutivo) de ancestrais comuns, em grande parte em resposta a mudanças climáticas e tectônicas em seu ambiente. Hoje, os cichlídeos variam muito em forma, comportamento e ecologia — graças em grande parte à hibridação introgressiva.

biólogos precisarão de muitos mais anos para entender a total importância da hibridação para a evolução. Por exemplo, Arnold quer ver outras investigações, como as que têm sido feitos sobre os tentilhões de Galápagos e os lobos do Parque Nacional de Yellowstone: comportamentais, metabólicas e outras análises que revelam o quanto de introgressão é adaptável e o quanto é danoso ou neutro — bem como se adaptável a introgressão afeta apenas determinados tipos de genes, ou se ele age de uma forma mais generalizada forma.

infelizmente, para os conservacionistas e outros desafiados com a gestão da diversidade de Espécies Ameaçadas, a ausência de respostas satisfatórias coloca problemas mais imediatos. Eles devem muitas vezes pesar o valor de proteger as populações híbridas selvagens contra os danos que os híbridos podem fazer às espécies estabelecidas, incluindo aqueles de onde eles surgiram.

a conservação incerta dos híbridos

: Na década de 1950, um par de traficantes de iscos da Califórnia do Vale Salinas, procurando expandir seu negócio, pulou em uma caminhonete e partiu para o centro do Texas e Novo México. Trouxeram de volta salamandras de tigre Barradas, que poderiam crescer para mais do dobro do tamanho da salamandra de tigre nativa da Califórnia. A nova espécie rapidamente provou ser boa para os pescadores locais, mas ruim para o ecossistema local: as salamandras introduzidas acasalaram com os nativos, criando uma raça híbrida que poderia superar a sua espécie-mãe. Logo a salamandra de tigre da Califórnia se viu em perigo de ser totalmente exterminada, e continua sendo uma espécie ameaçada hoje.