Como as tartarugas usam a temperatura para descobrir o sexo

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Prolongar / Um controle deslizante orelhudo vermelho.

Há uma pandemia global acontecendo em uma escala que não é vista há quase um século. Então decidimos que seria o momento perfeito para conversar sobre sexo de tartarugas. Não tartarugas fazendo sexo, o que é sem dúvida um problema interessante de geometria, mas o processo pelo qual as tartarugas se desenvolvem como machos ou fêmeas.

Esse processo é interessante porque parece, pelo menos da nossa perspectiva cromossômica XY, um pouco casual: tartarugas e muitos outros répteis determinam seu sexo com base na temperatura ambiente. Em temperaturas elevadas, a maioria dos ovos se desenvolverá como fêmea; a temperaturas mais baixas, a maioria dos ovos se desenvolve como machos. Nós realmente não sabemos como eles registram a temperatura e, de alguma forma, a traduzem em um programa complexo de desenvolvimento anatômico. Mas um novo artigo da Science preenche algumas de nossas lacunas.

Sexo, do tipo menos interessante

Se pressionado, a maioria de nós se lembra que a determinação do sexo humano envolve os cromossomos X e Y. Mas muitas vezes não se sabe como as coisas ficam muito complicadas a jusante desse sinal simples. Um gene no cromossomo Y acaba sendo crítico para registrar qual combinação de cromossomos alguém tem. Um tecido específico interpreta a presença ou ausência desse gene para iniciar uma cascata de hormônios que remodelam o modo como os tecidos se desenvolvem e continuam a influenciar as coisas ao longo da vida de uma pessoa.

(Isso está ignorando todas as muitas coisas que podem acontecer durante esse processo e produz um resultado não-binário.)

Portanto, não basta que um sinal indique simplesmente como o sexo deve se desenvolver. O sinal precisa ser significativo o suficiente para desencadear um grande programa de mudanças em resposta a ele.

Apesar desse requisito aparentemente rigoroso, a biologia encontrou um desconcertante variedade de maneiras por lidar com sexo. Para dar apenas um exemplo, as moscas da fruta também têm cromossomos X e Y, mas você pode se livrar do cromossomo Y e os machos ainda se desenvolvem normalmente. E, em vez de ter um hormônio para fazer com que todas as células do corpo puxem na mesma direção, cada célula individual da mosca descobre quais cromossomos ela possui sem consultar seus vizinhos.

Comparado aos cromossomos, que são bastante estáveis, é difícil ver como a temperatura pode funcionar para definir um estado binário. Os ovos de tartaruga são deixados no ambiente, onde as temperaturas variam com o tempo. Essa variação ocorre a longo prazo, pois a incubação pode ocorrer durante a mudança das estações; médio prazo, devido às mudanças diárias de temperatura; e curto prazo, com as temperaturas subindo pela manhã e caindo à noite. De alguma forma, tudo isso precisa ser convertido em uma decisão razoavelmente binária. Para as tartarugas, essa conversão ocorre de uma maneira que tem alguns paralelos fortes com os seres humanos. O sinal é lido pelas células que formam as gônadas do animal, produzindo hormônios que direcionam o desenvolvimento da tartaruga.

Então, como esse tecido registra a temperatura? Nos últimos anos, começamos a receber uma dica graças a estudos de uma espécie de tartaruga chamada deslizante de orelhas vermelhas. Acima de 30 ° C, a maioria dos ovos deslizantes de orelhas vermelhas se desenvolverá como fêmeas, enquanto que a 26 ° C e abaixo, uma ninhada de ovos se desenvolverá principalmente como machos. Esses óvulos podem ser criados em laboratório, permitindo que os pesquisadores comecem a cutucar o caminho que determina seu sexo.

Alguns gostam quente

A chave para descobrir isso acabou sendo a evolução. Isso é um pouco surpreendente, dado que acabamos de mencionar acima que a evolução produziu animais que lidam com a determinação do sexo de várias maneiras. Apesar dessa variedade, no entanto, muitos desses animais usam parte de um conjunto principal de genes durante o processo de determinação do sexo. Um deles é chamado doublesex, após a versão do gene da mosca da fruta. Em 2017, os pesquisadores descobriram que a versão do gene doublesex no controle deslizante de orelhas vermelhas era capaz de promover o desenvolvimento masculino.

Mas esse gene foi traduzido apenas em proteínas a baixas temperaturas e ficou silencioso quando as temperaturas foram elevadas. Isso sugere que não está respondendo diretamente à temperatura, pois um verdadeiro sensor de temperatura seria convertido em proteína a temperaturas altas e baixas, enquanto a proteína só estaria ativa em uma delas. Pesquisas adicionais encontrou um gene chamado Kdm6b que regula a versão de tartaruga do doublesex, mas que também foi transformada em proteínas em apenas uma temperatura, indicando que também estava a jusante do sensor.

Neste ponto, no entanto, os pesquisadores tiveram um pouco de sorte. Kdm6b está envolvido em muitos processos em outras espécies. Em um caso, os pesquisadores descobriram dois papéis que identificou um regulador do Kdm6b. Mas essa regulamentação ocorre nas células cancerígenas e imunológicas nos mamíferos. Não há razão para pensar que o mesmo relacionamento se mantenha na determinação do sexo das tartarugas.

Surpreendentemente, sim.

Mais informações, STAT

Os pesquisadores identificaram a versão tartaruga do regulador, Stat3, e mostrou que poderia bloquear a atividade da via de determinação do sexo masculino. E eles descobriram que ele foi transformado em proteínas nas gônadas, independentemente da temperatura. Mas foi convertido em uma forma ativa (pela adição de ligações químicas aos fosfatos) com mais frequência nas altas temperaturas que desencadeiam o desenvolvimento feminino. Bloqueando a atividade de Stat3 levou à ativação da via específica masculina, mesmo a temperaturas elevadas.

De alguma forma, Stat3 é ativado especificamente por altas temperaturas e, uma vez ativo, bloqueia o caminho que desencadeia o desenvolvimento masculino. Essa ativação é impulsionada pela ligação química do Stat3 proteína para fosfatos. Então, o que regula a adição de fosfato?

Aqui, novamente, a evolução forneceu a resposta. Em alguns contextos, ter mais cálcio nas células causará Stat3 para ser ativado. Novamente, não há razão para esperar que isso também aconteça nas tartarugas. Mas os autores descobriram que sim. E eles continuaram mostrando que os níveis de cálcio na gônada mudam com as diferenças de temperatura. Por fim, parece que a tartaruga em desenvolvimento registra sua temperatura através de mudanças na quantidade de cálcio presente.

Enquanto esse trabalho ajuda bastante a montar o caminho que transforma a temperatura em determinação sexual, ainda deixa um passo crítico um mistério: o que faz com que as células acumulem cálcio em determinadas temperaturas? Felizmente, existem vários candidatos – proteínas que controlam o fluxo de íons para dentro e para fora das células. Provavelmente é uma questão de tempo até que o caminho completo seja elaborado.

Obviamente, entender esse caminho não vai nos ajudar a curar o câncer ou algo assim. Mas é um exemplo intrigante de como um sinal ambiental variável pode ser convertido em uma alteração essencialmente permanente na atividade gênica – algo que parece acontecer em humanos, como quando são submetidos a estresse persistente. E, à medida que as mudanças climáticas começam a alterar as temperaturas dos habitats das tartarugas, entender esse caminho pode potencialmente informar abordagens de conservação. Portanto, também não é exatamente uma ciência esotérica.

Ciência, 2020. DOI: 10.1126 / science.aaz4165 (Sobre os DOIs)

Fonte: Ars Technica