Cerca de 360 milhões de anos atrás, seres aquáticos saíram da água para a terra. Durante esse processo, suas nadadeiras se transformaram em pés, com dedos. E, centenas de milhões de anos depois, o par dianteiro evoluiu para mãos.

Para compreender essa profunda transformação evolutiva, cientistas têm passado décadas estudando fósseis de peixes extintos que possuíam nadadeiras semelhantes a membros. Eles também compararam embriões de peixes modernos e vertebrados terrestres para entender como suas nadadeiras e membros se desenvolvem.

Agora, a precisa tecnologia de edição de DNA conhecida como Crispr está permitindo que cientistas reconstruam essa antiga mudança evolutiva em detalhes moleculares. Descobriu-se que mãos e pés não foram produtos de novos genes fazendo coisas novas. Em vez disso, por meio da seleção natural, parcelas de antigas receitas genéticas de outras partes de corpos ancestrais foram agrupadas em novas combinações.

“É muito mais fácil do que se você tivesse que construir do zero”, disse Aurélie Hintermann, pesquisadora de pós-doutorado no Instituto Stowers de Pesquisa Médica, em Kansas City, Missouri.

No mês passado, ela e seus colegas mostraram quão antigas eram algumas dessas parcelas: a receita para construir mãos foi emprestada em parte daquela ligada a áreas da parte inferior do corpo.

A equipe rastreou a atividade dos genes em embriões em desenvolvimento. Um embrião começa como um óvulo fertilizado com um único conjunto de genes; depois se divide em novas células, cada uma das quais herda esses mesmos genes. Mas, ao longo do caminho, as células ativam e desativam esses genes em diferentes padrões, permitindo que se tornem tecidos e órgãos específicos. As células também enviam moléculas que desencadeiam mudanças na melodia genética de suas vizinhas.

As moléculas sinalizadoras ativam genes ao se ligarem ao DNA em um local preciso, como uma chave girando em uma fechadura. Muitos genes precisam de várias chaves para abrir fechaduras antes que possam se tornar ativos.

Cientistas identificaram algumas das fechaduras que permitem que embriões de humanos e outras espécies desenvolvam membros.

Em 2011, o biólogo Denis Duboule, da Universidade de Genebra (Suíça), e seus colegas descobriram meia dúzia de fechaduras moleculares posicionadas lado a lado ao longo de um trecho de DNA chamado 5DOM. Quando o 5DOM foi removido do DNA de um embrião de camundongo, o embrião desenvolveu pernas, mas não conseguiu desenvolver pés.

Duboule e seus colegas questionaram como esse conjunto crucial de fechaduras evoluiu. Será que surgiu quando nossos ancestrais primeiro chegaram à terra e desenvolveram membros? Ou já existia antes, em nossos ancestrais com nadadeiras?

Para abordar essa questão, Christopher Bolt, então um estudante de pós-graduação no laboratório de Duboule, pesquisou o genoma do peixe-zebra. Ele descobriu que a espécie também possui o 5DOM.

O peixe-zebra e os mamíferos compartilham um ancestral comum antigo que viveu há mais de 400 milhões de anos. A descoberta da equipe de Genebra sugeriu que esse ancestral já tinha o 5DOM. E, se ele ainda estava intacto no peixe-zebra, deve estar desempenhando alguma função em seus embriões.

“Não poderia estar lá por acaso”, afirmou Hintermann.

Hintermann, que assumiu o projeto enquanto trabalhava no laboratório de Genebra, cultivou embriões de peixe-zebra dos quais ela havia removido os bloqueios 5DOM utilizando a técnica Crispr. Se os bloqueios fossem importantes no desenvolvimento das nadadeiras dos peixes, então deletá-los poderia revelar como.

Para sua surpresa, a exclusão do 5DOM teve pouco efeito no desenvolvimento das nadadeiras. Mas afetou uma região na parte inferior da cauda do peixe-zebra, onde existem duas aberturas: o ânus e um orifício para a bexiga e para os órgãos sexuais.

A surpresa fez os pesquisadores observarem mais atentamente a mesma região em embriões de camundongos. Eles tiveram, então, uma segunda surpresa: o 5DOM desbloqueia os genes que construíram essa região também em mamíferos.

Esses e outros experimentos levaram os cientistas a uma nova hipótese para a evolução dos dedos das mãos e dos pés. A história começa há meio bilhão de anos, com os peixes mais antigos e simples. Seus corpos eram pouco mais que cabeças conectadas a corpos longos e em forma de fita. Eles engoliam alimentos, que seguiam por um longo trato digestivo até que os restos escapassem pelo ânus. Uma abertura próxima era usada para o sexo e a liberação de urina.

Os embriões desse protopeixe desbloquearam diferentes genes para criar as diferentes partes de seu corpo. Na extremidade mais distante, o 5DOM desbloqueou os genes para o ânus, bem como a abertura para sua uretra e órgãos sexuais.

Essa receita genética não mudou em meio bilhão de anos. É por isso que o 5DOM ainda controla o desenvolvimento dessa região tanto em peixes-zebra quanto em camundongos —e em nós.

Porém, segundo os cientistas, há cerca de 360 milhões de anos o 5DOM passou por uma mudança evolutiva. Agora ele poderia construir não apenas nossas regiões inferiores, mas também nossos dedos das mãos e dos pés.

Brent Hawkins, biólogo de Harvard e um dos autores do estudo, comparou a reciclagem do 5DOM ao que acontece no mundo da música. “É como Jay-Z sendo inspirado por antigas músicas.”

Mãos e partes íntimas podem parecer ter pouco em comum, mas existem algumas semelhanças importantes. Por um lado, ambas são extremidades: em peixes primitivos, o 5DOM desbloqueou genes que determinavam a anatomia na extremidade do corpo. Em um membro em desenvolvimento, os dedos das mãos e dos pés também se desenvolvem na extremidade.

Mas Neil Shubin, biólogo da Universidade de Chicago e também autor do estudo, disse que as mudanças evolutivas precisas que deram ao 5DOM sua nova função ainda são um mistério. “Isso nos pegou de surpresa. Temos alguma lição de casa a fazer para descobrir como isso aconteceu.”