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Por que os Pigmeus e os Peruvianos são tão pequenos?


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          Em meio às florestas úmidas na África Central e na exótica Ilha de Flores, encontramos dois curiosos grupos de humanos conhecidos como 'Pigmeus'. Com os homens raramente ultrapassando os 1,5 metro de altura - cerca de 25 cm menos do que a média global - esses nativos insulares e caçadores-coletores se destacam entre quatro populações de humanos muito curtos vivendo hoje ao longo de três continentes. Mas quais fatores determinaram a baixa estatura dessas populações? Quais os processos evolucionários responsáveis por esse notável traço fenotípico? Chance (deriva) ou adaptação (seleção)?

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   ALTURA E GENÉTICA

          Cientistas estimam que cerca de 80% da altura de um indivíduo é determinada por variantes na sequência de DNA, mas em quais genes específicos essas variantes estão e o que elas fazem para afetar a altura não é totalmente esclarecido ainda. Algumas raras mutações genéticas geram efeitos dramáticos na altura (por exemplo, variantes no gene FGFR3 causam acondroplasia, uma rara condição caracterizada por baixa estatura). Para a maioria das pessoas, no entanto, a altura é controlada amplamente por uma combinação de variantes genéticas que carregam cada uma delas efeitos pequenos ou moderados no fenótipo, somado com uma pequena contribuição de fatores ambientais (como nutrição).

           Mais de 700 dessas variantes genéticas já foram reveladas e muitas mais são esperadas de ser identificadas. Algumas dessas variantes são em genes que diretamente ou indiretamente afetam o crescimento de placas na cartilagem, as quais são áreas nos ossos longos das pernas e dos braços onde novo tecido ósseo é produzido, alongando os ossos à medida que as crianças crescem. A função de vários outros genes associados com a altura permanecem desconhecida.

          Devido ao fato da altura ser determinada por múltiplas variantes genéticas (expressão poligênica), fica difícil prever com acuracidade o quão alto uma criança será. A herança dessas variantes dos pais ajudam a explicar porque crianças geralmente crescem para uma estatura similar à dos seus progenitores, mas diferentes combinações de variantes podem fazer com que os irmãos e/ou irmãs tenham alturas distintas. A altura é também influenciada por outros mecanismos biológicos (como hormônios) que podem também ser determinados pela genética, apesar do papel desses mecanismos não serem completamente entendidos.

          E em adição às determinantes biológicas, a altura também é influenciada por fatores ambientais, incluindo estado nutricional da mãe durante a gravidez, se ela fumava ou não, e se houve exposição a substâncias tóxicas nesse período. Além disso, uma criança ativa, saudável e bem nutrida provavelmente será maior quando adulta do que uma criança doente, sob uma pobre alimentação ou sob cuidados inadequados de saúde.

          Porém, apesar de todas essas variáveis e das variações mesmo dentro de uma mesma família, existem certas populações humanas que expressam baixa estatura como uma regra, não exceção ou apenas acaso genético. Nesse sentido, temos obviamente razões evolucionárias suportando a persistência desse traço fenotípico.

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   ÁFRICA CENTRAL

          A África Central, uma região florestada que suporta uma notável alta biodiversidade, hospeda o maior grupo de caçadores-coletores da Terra, os quais vivem bem próximos de grupos que adotaram a agricultura nos últimos 3-5 mil anos. Historicamente chamados de 'Pigmeus' pelos estrangeiros (termo derivado do antigo Grego para "anão"), esses caçadores-coletores possuem um estilo de vida sustentado pela coleta de frutas e vegetais selvagens, pela caça de macacos e de antílopes, e pela pesca. Com populações se estendendo da Bacia do Congo até o Lago Vitória, é estimado que existam 920 mil Pigmeus (60% dos quais se encontram na República Democrática do Congo).


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> Antropólogos usam o termo 'Pigmeu' para descrever populações humanas com média de altura inferior a 1,50 m para os homens e inferior a 1,40 m para as mulheres.
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           Estudos genômicos a nível populacional têm estimado que os ancestrais desses caçadores-coletores e dos agricultores falantes de Bantu se separaram há mais de 60-100 mil anos, o que dá suporte para a ocorrência de uma antiga estrutura populacional na África desde o Pleistoceno Tardio. Já o Holoceno na África Central foi caracterizado por migrações populacionais de larga escala associadas com a emergência da agricultura, aumentando as interações genéticas entre os caçadores-coletores nas florestas úmidas e os agricultores em expansão. Nesse sentido, análises genômicas nos últimos anos também têm detectado numerosos loci genéticos candidatos para seleção positiva nessas populações, incluindo adaptação convergente para baixa estatura entre os Pigmeus e adaptação local para a malária endêmica nas regiões centro e oeste Africanas.

          A baixa estatura - raramente com adultos ultrapassando 1,55 m - e outros fenótipos típicos dos Pigmeus sugerem forte base genética e adaptativa. É proposto que essas características estão associadas com uma maior capacidade de sobrevivência nos ambientes de florestas úmidas através da termorregulação, devido à limitação de alimentos, melhor mobilidade e/ou reprodução precoce. Menores dimensões corporais significam menos corpo para resfriar (suor ou outros meios), por exemplo. Já outros cientistas tradicionalmente têm trabalhado a hipótese de que genes que evoluíram para combater doenças muito comuns e graves nas regiões de florestas úmidas - como hepatite B e C, e malária - podem ter interferido com a produção de hormônios de crescimento.

          Para tentar identificar quais determinantes evolutivas em específico que moldaram o fenótipo dos Pigmeus, pesquisadores em um estudo recentemente publicado na Current Biology (Ref.2) analisaram o material genético de amostras de sangue e de saliva oriundas de quase 300 caçadores-coletores das regiões de Camarão, Gabão e de Uganda, assim como de quase 300 indivíduos de grupos agriculturalistas vivendo fora das áreas florestais. Usando um algoritmo computacional, os pesquisadores buscaram identificar quais partes do DNA emergiram por pura chance ou através de seleção natural.

          Os resultados do estudo mostraram um forte sinal de seleção dentro de um curto trecho de DNA no cromossomo 8 dos Pigmeus, sendo que todos os agriculturalistas não o possuíam. Essa região genômica ajuda a regular o gene TRPS1, o qual atua de forma crucial no desenvolvimento do esqueleto e de outros traços morfológicos. Isso fortemente sugere que a seleção natural especificamente favoreceu estatura curta nesse grupo.

          Interessantemente, os pesquisadores também revelaram fortes sinais de seleção natural exclusivamente nos Pigmeus em genes não-relacionados com a altura e que codificam proteínas associadas com a proteção contra vários tipos de vírus e adaptações poligênicas para funções relacionadas a respostas de mastócitos a micróbios e alérgenos. Além disso, essas assinaturas genéticas persistiram mesmo após os processos de introgressão (fluxo genético) entre Pigmeus e agriculturalistas nos últimos milhares de anos. Ou seja, os achados claramente suportam o cenário onde a evolução agiu de forma independente nos Pigmeus em termos de estatura e de combate a infecções. Baixa estatura é uma vantagem para esses humanos em seus ambientes naturais.

          Infelizmente, diferentes tribos de Pigmeus na África Central enfrentam diversas ameaças, como expansão agressiva da agricultura - resultando em preocupante desmatamento das florestas úmidas -, exploração de mão-de-obra por outros grupos Africanos, e mesmo pela crescente criação de áreas protegidas (onde a caça é limitada).

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   PERUVIANOS

           Os povos nativos do Peru estão entre as pessoas mais curtas do mundo, com uma média de altura de 1,65 m para os homens e uma média de 1,53 m para as mulheres - em ambos os casos 10 cm mais curto do que a média nos EUA e 15 cm mais curtos do que a média na Holanda. Seria mais um sinal evolutivo?

          Para responder essa questão, em 2018 pesquisadores da Harvard Medical School em Boston, EUA, coletaram a informação genética de 4002 moradores da capital Peruviana, Lima, e primeiro determinaram a ancestralidade desses indivíduos ao comparar o material genético deles com o de Africanos, Europeus e Nativos Americanos (Ref.5). Os resultados dessa primeira parte do estudo mostraram que os Peruvianos são cerca de 80% Nativos Norte-Americanos, 16% Europeus, e 3% Africanos.

          Na segunda parte, os pesquisadores correlacionaram variações na porção Nativa Americana do genoma de cada indivíduo participante com suas alturas, encontrando um alelo específico - uma variante do gene FBN1 - que respondia por 1% da variação de estatura entre os Peruvianos. Para se ter uma ideia, a maioria dos mais de 700 genes já estabelecidos que influenciam a estatura respondem em conjunto por apenas 7% da altura dos Peruvianos. Uma pessoa carregando apenas uma cópia do alelo (FBN1) se torna 2,2 cm mais curta do que pessoas com diferentes versões desse gene. Já aqueles com duas cópias do alelo tendiam a ser mais de 4 cm mais curtas.




          Mutações no gene FBN1 também estão associadas com a Síndrome da Pele Rígida, marcada por baixa estatura e uma pele bem grosa e dura.

          Os pesquisadores estimaram que 5% dos Peruvianos carregam o alelo para o gene FBN1, sugerindo que a evolução favoreceu pessoas de baixa estatura no Peru. Vários habitantes desse país vivem em altas altitudes e estudos em animais não-humanos já mostraram que espécies vivendo em tais elevações tendem a ser menores, uma provável adaptação evolucionária para a menor escassez de alimentos nesses locais. Já uma pele mais grossa pode também proteger as pessoas da maior incidência de radiação UV nas altas altitudes.

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   ILHA DE FLORES

          As Ilhas do Sudeste Asiático representam uma importante região para o estudo da evolução de homininis (nossos ancestrais primatas na linhagem evolutiva humana) e da interação destes com o ambiente. Vários grupos homininis extintos habitaram essa região e atualmente seus habitantes carregam substancial herança genética de Neandertais (1) e de Denisovanos (2). Evidências fósseis indicam a presença do Homo erectus em Java de ~1,7 milhões de anos atrás até entre 100 e 60 mil anos atrás, o curioso Homo floresiensis na Ilha de Flores de 100 mil até 60 mil anos atrás, e de humanos modernos (Homo sapiens) em Sulawesi a partir de 40 mil anos atrás. Além disso, a ancestralidade Denisovana é particularmente forte em vários grupos humanos hoje habitando essas ilhas.

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Para saber mais, acesse:
(1) Denisovanos e a suruba inter-espécies
(2) Neandertais, arte e linguagem

          De especial interesse é a enigmática história dos homininis na Ilha de Flores, Indonésia. Localizada a 400 km ao leste da Linha de Wallace, Flores é o lar de vestígios fósseis da diminuta espécie humana H. floresiensis, a qual possuía uma altura média em torno de 1 metro e habitou essa área geográfica entre ~0,7 milhões de anos até 60 mil anos atrás. Evidências arqueológicas indicam uma presença de homininis na ilha há pelo menos 1 milhão de anos atrás. Além do H. floresiensis - apelidado de Hobbit (seres fantásticos das histórias de Tolkien) devido à sua estatura -, existem também vestígios de antigos humanos modernos de baixa estatura na ilha e temos hoje uma população de Pigmeus nativos na região, os quais possuem dimensões corporais similares aos Pigmeus Centro-Africanos.




           Estaria novamente o processo evolutivo selecionando a baixa estatura nos homininis na Ilha de Flores?

          No ecossistema das ilhas existe um conhecido fenômeno evolutivo que atua ou aumentando ou diminuindo as dimensões corporais de grupos de animais ali presentes. Na Ilha de Chipre, no Mar Mediterrâneo, hipopótamos encolheram até o tamanho de leões-marinhos. Em Flores, elefantes extintos (Stegodon) não ultrapassavam a massa de porcos para engorda, mas ratos cresceram para dimensões tão grandes quanto gatos. Todos esses fenômenos são chamados de Efeito de Ilha, o qual descreve como grandes animais encolhem e como os pequenos aumentam devido à limitação de alimentos e de predadores.

          Nesse sentido, para investigar se esse Efeito de Ilha afeta também os humanos modernos e seus ancestrais relativamente mais próximos, um estudo publicado em 2018 na Science (Ref.6) resolveu analisar o genoma de 32 indivíduos adultos de Pigmeus da região de Rampassa na Ilha das Flores - média de altura de 1,45 m -, a mesma onde os fósseis de Hobbits foram encontrados. A análise gerou um conjunto de dados contendo ~2,5 milhões de polimorfismos de nucleotídeos únicos (SNPs). Comparando com o genoma de outras espécies do gênero Homo, os pesquisadores encontraram traços genéticos de Denisovamos (0,8% de ancestralidade) e de Neandertais, mas sem introgressões com os Hobbits.



          Análises subsequentes encontraram dois eventos de seleções positivas no genoma dos Pigmeus. A primeira, também vista nas populações nativas da Groenlândia (Inuits), está relacionada com os genes FADS1 e FADS2, ambos codificadores de enzimas responsáveis pela catálise da síntese de ácidos graxos poli-insaturados de cadeias longas, refletindo mudanças na dieta no sentido de facilitar a quebra de ácidos graxos presentes na carne de animais terrestres e marinhos. A migração de áreas continentais com maior disponibilidade de alimentos vegetais para ilhas pode explicar essa resposta adaptativa. A segunda, os pesquisadores encontraram seleção poligênica para alelos determinantes de baixa estatura.

          Junto com o achado de ausência de introgressão - ou seja, os Pigmeus atuais não possuem contribuição genética dos Hobbits -, o último achado significa que o Efeito de Ilha atuou de fato em pelo menos três distintas populações do gênero Homo na Ilha de Flores. Somado a isso, essa seleção poligênica não está presente em populações geneticamente próximas em outras ilhas vizinhas, indicando que o processo evolutivo dando emergência à baixa estatura é recente nas populações desses Pigmeus e fomentado pela mesma força ambiental atuante sobre os ancestrais diretos dos Hobbits.

          Na Ilha de Flores, animais de médio e grande porte entram e se tornam pequenos. Humanos não são exceção e nem são especiais, sendo submetidos às mesmas forças evolucionárias.

          Isso também corrobora estudos prévios sugerindo que nas Ilhas Andamã, na Índia, o ambiente favoreceu uma menor estatura em seus habitantes nativos, os quais também possuem estatura Pigmeia (Ref.7).


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   CONCLUSÃO

          Baixa estatura nos humanos nem sempre reflete problemas nutricionais ou um acaso de probabilidade genética. Diferentes populações humanas, incluindo outras espécies do gênero Homo, evoluíram baixa estatura como uma vantagem adaptativa, ou seja, esse fenótipo foi selecionado positivamente por oferecer  uma maior chance de sobrevivência em certos ambientes. E na Ilha das Flores, ninguém escapa das pressões evolutivas: se a população da sua espécie, humana ou não-humana, entrou lá bem grandinha, será encolhida nos próximos milhares de anos.



REFERÊNCIAS CIENTÍFICAS
  1. https://ghr.nlm.nih.gov/primer/traits/height 
  2. https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(19)30858-9 
  3. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959437X18300601
  4. https://www.biorxiv.org/content/biorxiv/early/2019/03/27/591172.full.pdf
  5. https://www.sciencemag.org/news/2018/05/study-short-peruvians-reveals-new-gene-major-impact-height 
  6. https://science.sciencemag.org/content/361/6401/511 
  7. Doi:10.1126/science.361.6401.439 (Science Magazine)
  8. https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-4-431-55741-8_6