YouTube

Artigos Recentes

Resolvendo o abominável mistério evolucionário das angiospermas


Compartilhe o artigo:



          As angiospermas, comumente referidas como plantas com flores, são os seres vivos do Reino Plantae que dominaram a maior parte dos ecossistemas terrestres, representando cerca de 90% das plantas terrestres hoje existentes. Mas como elas obtiveram tanto sucesso em tão pouco tempo é considerado um dos mais profundos mistérios na área da evolução biológica. Agora, pesquisadores conseguiram encontrar a chave para resolver esse mistério, em um recente estudo publicado na PLOS ONE (Ref.1).


   OTIMIZAÇÃO CELULAR

         De acordo com um também recente estudo publicado na New Phytologist (Ref.5), as angiospermas provavelmente tiveram origem entre 149 e 256 milhões de anos atrás. Porém, a abrupta origem e rápida diversificação dessas plantas durante o Cretáceo têm sido há muito tempo considerado um 'mistério abominável'. Darwin, por exemplo, era bastante perturbado por esse fato, e até mesmo chegou a temer que isso enfraquecesse sua teoria da evolução das espécies.


          Enquanto a causa da alta diversificação das angiospermas é atribuída em grande parte à coevolução com polinizadores e herbívoros - via frutos e flores -, a habilidade delas de ganhar a competição contra as previamente dominantes gimnospermas (plantas vasculares que possuem sementes não protegidas por frutos, como os pinheiros) e as samambaias (classe Polypodiopsida) é alvo de várias hipóteses.

          A produtividade terrestre das plantas é principalmente determinada pela capacidade fotossintética das folhas. A principal enzima na fotossíntese, rubisco, possui um baixo funcionamento quando o CO2 é limitado, o que cria a necessidade de que as concentrações desse gás nos espaços intercelulares das folhas sejam mantidas dentro de um limitado espectro mínimo através de ajustes na superfície condutora das folhas para o CO2 e vapor de água. Essa superfície de condução é uma das grandes limitações biofísicas nas taxas fotossintéticas entre todas as plantas terrestres. Para aumentar a superfície de contato com a atmosfera no intuito de absorver mais CO2, isso aumenta também a perda de água para o ar, o que pode levar uma perigosa dissecação para a planta.



         Nesse sentido, tanto a teoria quando dados empíricos sugerem que entre todas as clades de plantas terrestres, o limite superior de condução superficial nas folhas para CO2 e vapor de água é intimamente ligado às limitações biofísicas do tamanho celular. A alometria celular, em particular a escala do tamanho genético, volume nuclear e o tamanho das células representam uma restrição física direta no número de células que podem ocupar um dado espaço e, como resultado, na distância entre os tipos de células e tecidos. Devido ao fato de que as folhas com várias pequenos estômatos e uma alta densidade de veias podem manter maiores taxas de trocas gasosas do que as folhas com menos e menores estômatos e menos veias, variação no tamanho celular pode levar a grandes mudanças no potencial de ganho carbônico .

         Mas sem redução do tamanho celular, aumentos estomatais e da densidade vascular iriam deslocar outros importantes tecidos, como células mesofílicas fotossintéticas. Portanto, a densidade de estômatos na superfície das folhas e as veias dentro das folhas são inversamente relacionadas aos tamanhos das células e aos elementos principais do xilema que os compreendem.


        Enquanto numerosos fatores podem influenciar o tamanho final das células somáticas eucarióticas, o tamanho mínimo das células meristemáticas e a taxa de produção fotossintética são fortemente limitados pelo volume nuclear, mais comumente medidos como o tamanho do genoma. Entre as plantas terrestres, a massa genética contida nas células varia por três ordens de magnitude, com as angiospermas exibindo ambos os maiores e menores valores absolutos de tamanho genômico - por causa da alta plasticidade genético ao longo do curso evolucionário, marcado por sucessivos eventos de duplicação e encurtamento genômicos. Duplicações inteiras de genoma e subsequente rearranjos genômicos, incluindo encurtamento do genoma, são tidos como contribuintes diretos para a grande diversidade de características anatômicas, morfológicas e fisiológicas das angiospermas.


EXPLICANDO O SUCESSO DAS ANGIOSPERMAS

          Usando uma combinação de anatomia, citologia e modelamento do transporte de líquidos e trocas gasosas entre as folhas e a atmosfera, pesquisadores em um estudo publicado na PLOS ONE forneceram fortes evidências de que o sucesso e a rápida disseminação das angiospermas ao redor do mundo foram o resultado de um rápido encurtamento do genoma. Um menor volume do genoma permite a construção de menores células que, por sua vez, permite um maior aproveitamento de CO2 e ganho carbônico fotossintético.



          Os pesquisadores mostraram que o encolhimento genômico entre as plantas ocorreu apenas entre as angiospermas durante o Cretáceo, dando claras evidências de que esse foi um pré-requisito necessário para as rápidas taxas de crescimento entre os representantes terrestres do Reino Plantae. De acordo com os resultados analíticos entre diversas espécies de plantas angiospermas, gimnospermas e samambaias, o tamanho do genoma variou substancialmente entre elas e foi um forte parâmetro de previsão para as características anatômicas, mesmo levando em conta o parentesco filogenético entre as espécies.

         Espécies com os menores genomas tinham menores, mais numerosos estômatos e maior densidade de veias. O tamanho genômico explicou entre 31% e 54% das variações interespecíficas em tamanho celular, densidade estomatal e densidade de veias entre os principais grupos de plantas terrestres, e tanto análises filogenéticas e não-filogenéticas mostraram uma coordenação evolucionária dessas características ao longo da história das plantas com sementes. Em outras palavras, quanto menor o tamanho do genoma alcançado pelas angiospermas, mas mantendo importantes sequências genéticas, maior a otimização da fotossíntese.

         Nisso os pesquisadores também mostraram que o período de rápida expansão e dominância das angiospermas de 165 milhões de anos atrás até 60 milhões de anos atrás durante o Cretáceo coincidiu com um repentino surgimento dessas características ligadas ao encolhimento do genoma entre essas plantas, algo não visto com as gimnospermas e samambaias.

         Ou seja, as rápidas mudanças positivas que surgiram nas angiospermas não estavam ligadas somente ao surgimento de novos genes e, sim, ao melhor aproveitamento biofísico do espaço celular a partir do menor volume genético, permitindo um maior rendimento dos processos fotossintéticos e acumulação de biomassa, algo de especial importância durante o Cretáceo, quando os níveis de CO2 na atmosfera sofreram uma redução.

        No final, temos que enquanto a duplicação genômica foi importante para as angiospermas conseguirem diversas características adaptativas únicas, o rápido encurtamento após esses eventos de aumento do tamanho genômico também foram de essencial importância para manter os uma taxa fotossintética otimizada, garantindo o enorme sucesso evolucionário das angiospermas.


Artigo Recomendado: A Evolução Biológica é um FATO


REFERÊNCIAS CIENTÍFICAS
  1. http://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.2003706
  2. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/27206462
  3. http://rspb.royalsocietypublishing.org/content/282/1820/20152289
  4. http://ri.conicet.gov.ar/bitstream/handle/11336/31909/CONICET_Digital_Nro.f5d6e3ac-a66a-4b3f-983a-f5230119237e_A.pdf
  5. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.15011/abstract
  6. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5626932/