Pequenas linhas no esmalte dos dentes revelam um ritmo biológico até então desconhecido. Se os dados forem confirmados, essa descoberta ajudará os pesquisadores a entender por que animais maiores crescem mais devagar e vivem mais que os menores.
Em um verão do ano passado, Timothy Bromage, um paleontólogo da Universidade de Nova York, estava mastigando uma costeleta de cordeiro durante as férias em Chipre. De repente, ele ouviu um barulho. Quando o som foi seguido por uma dor aguda, ele percebeu que havia quebrado um dente.
Quando ele voltou para Nova York, seu dentista disse-lhe que ele teria que suportar três meses de agonia se quisesse ter um dente restaurado. "Ou dê-me apenas cinco minutos", disse o médico, "e eu o retirarei agora mesmo."
Supressão preferencial de Bromage. Assim, ele conseguiu fazer um corte fino do dente, que é o que há vários anos queria fazer, para medir um novo tipo de biorritmo, que estudou na dentição permanente dos mamíferos. Este não é um biorritmo circadiano bem estudado, mas mais longo, variando de espécie para espécie, durando de dois dias a duas semanas. Bromage acredita que esse ritmo pode definir a taxa de crescimento dos animais e sua expectativa de vida.
Em ratos, o biorritmo dura um dia; em macacos - quatro, em ovelhas - cinco, em humanos - de seis a 12 dias. Bromage confirmou essa relação em dezenas de outros mamíferos vivos e extintos, incluindo os elefantes asiáticos, que têm um biorritmo que dura 14 dias. (Existem exceções: por exemplo, os cães não apresentam esta relação.)
Em geral, o ritmo mais lento em espécies de mamíferos maiores é justificado: animais grandes crescem mais lentamente do que animais menores, passando por períodos mais longos. Bromage acredita que o ritmo dos dentes e dos ossos reflete um sinal de crescimento que estimula a taxa de divisão celular, na qual as células do corpo recebem esse sinal em intervalos regulares. Quanto mais freqüentemente esses sinais são recebidos, mais rápido o animal cresce.
O intervalo rítmico não aumenta apenas com o peso corporal, Bromage descobriu que ele aumenta com outras características que aumentam junto com o peso corporal, por exemplo, com expectativa de vida, duração da lactação, taxa metabólica, duração do ciclo estral e até mesmo tamanho dos rins. Isso sugere que, medindo a taxa de crescimento de apenas um dente, mesmo que seja um animal extinto, será possível determinar não apenas o tamanho de seu corpo, mas também muitas de suas outras características.
“Dê-me qualquer dente, qualquer dente de primata permanente - apenas jogue para mim, não me diga que primata é - e eu reconstruirei o tamanho de seus rins, quanto tempo viveu, todas essas características”, diz Bromage. “É incrível a janela de oportunidade que este material abre para encontrar a chave da vida.”
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Depois de receber o prestigioso Prêmio Max Planck de Ciência com um colega em 2010, Bromage gastou os € 750.000 em pesquisas para determinar se as amostras de sangue animal refletiam os mesmos ritmos dos dentes. A pesquisa era cara e demorada, em parte porque camundongos e ratos (os burros de carga baratos da biologia) não têm um ritmo de vários dias e, portanto, não podem ser usados como sujeitos experimentais.
Os resultados de sua pesquisa, publicada em 2016, ainda não são sólidos o suficiente para se tornar uma descoberta. Muitos cronobiologistas são céticos a respeito deles.
Mas “e se ele estiver certo afinal?”, Pergunta Robin Bernstein, um biólogo antropólogo da Universidade do Colorado em Boulder que estudou a evolução do tamanho do corpo e agora está estudando o crescimento de primatas humanos e não humanos. “Na minha opinião, ele é uma daquelas pessoas que está à frente de seu tempo”, diz ela. “Talvez não haja nada de especial aqui, mas é original, muito interessante e acho que muito poderia ser feito sobre isso.”
Conexões dentais
Bromage começou a se interessar por dentes quando era estudante de graduação em meados da década de 1980. Na época, os cientistas sabiam que, assim como as árvores formam anéis anuais, estrias de crescimento diário se formam no esmalte dos dentes. Nas décadas de 1930 e 1940, cientistas japoneses os descobriram nos dentes de cães, ratos, porcos e macacos.
Os mamíferos também têm listras proeminentes chamadas listras de Retzius. Nos primeiros hominídeos estudados na época por Bromage, sete bandas diárias separavam cada linhagem de Retzius. Ninguém sabia como ou por que eles se formaram, mas Bromage foi capaz de usá-los como um marcador para mostrar que os primeiros molares permanentes apareceram nos primeiros hominídeos por volta dos três anos de idade, como os chimpanzés, muito antes dos humanos modernos. Isso significava que os primeiros hominídeos não eram apenas versões em miniatura dos humanos modernos, como então se acreditava, mas estavam mais próximos dos macacos.
Em 1991, Bromage confirmou que as linhas de Retzius nos macacos eram separadas por apenas quatro linhas de crescimento diárias, em oposição a sete nos primeiros hominídeos. Então, em 2000, ele percebeu que os ossos também têm um padrão de crescimento periódico. Ele descobriu que listras, chamadas lamelas, se formaram nos ossos de ratos em apenas um dia. Como isso seria possível se os ossos humanos crescem muito mais lentamente do que os ossos de ratos?
“Faz anos que não sai da minha cabeça”, diz Bromage. E então, um dia em 2008, ele leu em uma dissertação de um de seus alunos que as lamelas nos ossos dos macacos se formam em quatro dias, ou seja, da mesma forma que as linhas de Retzius, que ele encontrou nos dentes dos macacos em 1991. “Essa memória de 1991 veio à minha mente no segundo em que vi o número quatro”, lembra ele. Seria possível, ele se perguntou, que os mamíferos tenham os mesmos períodos de crescimento em dentes e ossos? Se for esse o caso, as lamelas em humanos também devem se formar em sete dias, o que é muito mais longo do que em ratos, que leva apenas um dia para isso.
Bromage chamou essa ideia de "um paradigma totalmente novo". Até então, acreditava-se que não havia conexão entre como os dentes e os ossos crescem; os ossos nunca foram considerados tecidos que se desenvolvem em estágios graduais e mensuráveis, como dentes e árvores. Qualquer ligação possível entre o ritmo de desenvolvimento dos dentes e dos ossos era tão fundamental que não consegui contar nada a ninguém durante uma semana”, diz Bromage, até mesmo à esposa. Ele verificou a estrutura histológica dos ossos e dentes em seu laboratório e descobriu que os ritmos de crescimento dos dentes e ossos coincidiam em macacos, ovelhas e humanos.
O ritmo do cérebro
Se os ritmos que Bromage viu nas faixas de crescimento dos dentes e ossos dos mamíferos fossem uma resposta a um sinal de crescimento, de onde poderia vir esse sinal? Bromage acredita que sua origem seja a mesma parte do cérebro que, como já se sabe, dita o biorritmo circadiano, ou seja, o hipotálamo. Afinal, a duração dos biorritmos que estudou é sempre um múltiplo de um dia inteiro, e o relógio biológico, como já foi estabelecido, afeta a taxa de divisão celular. O hipotálamo é capaz de cumprir essa função, então “por que inventar outro instrumento totalmente novo?” - surgiu uma questão nele. Algo, talvez uma substância que se acumula no hipotálamo, pode variar o relógio biológico em um ciclo de vários dias. Qualquer que seja a parte do cérebro responsável por isso, "é apenas para contar", diz Bromage.
O hipotálamo também desempenha outra função: regula a hipófise, uma glândula pituitária produtora de hormônios, cuja frente regula o tamanho do corpo e a parte posterior regula a duração do ciclo estral. Talvez não por coincidência, essas são as únicas duas características fisiológicas que Bromage descobriu que estão diretamente relacionadas com a duração do novo biorritmo.
Bromage começou a testar sua teoria. Se o sinal gerado no cérebro regula a taxa de crescimento, especulou Bromage, o sangue deve carregar traços desse sinal.
Bromage passou duas semanas coletando seis mililitros de amostras de sangue de porcos. Em seguida, ele entregou 1.700 amostras coletadas de 33 porcos para um laboratório independente para identificar 995 metabólitos diferentes, substâncias bioquímicas produzidas pelo corpo.
Depois de gastar 300 mil dólares, recebeu a resposta: dos 159 metabólitos mais concentrados e com função biológica específica, 108 refletiam o ritmo circadiano. O próximo ritmo mais frequente foi o mesmo ritmo de cinco dias que Bromage identificou nos dentes e ossos dos porcos. Apenas 55 de 159 metabólitos passaram por esse ciclo, e apenas em 20 o ciclo coincidiu com outros ritmos.
Para sua surpresa, Bromage identificou dois ciclos de cinco dias com três dias de intervalo. O primeiro continha metabólitos associados ao crescimento, e o segundo - metabólitos formados durante a quebra de moléculas biológicas. Isso fazia sentido: quando o crescimento termina, os metabólitos precisam ser decompostos para ficarem disponíveis para processamento no próximo ciclo de crescimento. Que sistema primorosamente projetado, pensou Bromage, eu nunca teria acreditado se não o tivesse visto com meus próprios olhos!
Ele chamou o novo biorritmo de "Oscilações de Havers-Halberg". O nome é dado a Clopton Havers, que, no final do século 17, descreveu pela primeira vez as lamelas ósseas e o que mais tarde seria conhecido como listras de Retzius; e Franz Halberg, um cronobiologista que morreu em 2013 aos 93 anos.
O problema do porco
Olhando para trás, percebemos que nomear o ritmo com o nome de Halberg não foi a decisão mais inteligente.
Os cronobiologistas se tornaram extremamente céticos sobre a descoberta de biorritmos de vários dias, diz Roberto Refinetti, fisiologista da Universidade de Boise e autor de um livro sobre fisiologia circadiana. E devemos muito a Halberg por isso. Ele introduziu o próprio conceito de "circadiano". Porém, no futuro, ele anunciou a descoberta de ritmos mais longos, sem apresentar evidências substanciais. "Ele era realmente, como gostava de dizer, um homem de mente aberta", disse Refinetti. "Alguns pensaram que ele estava até fora dos limites."
O próprio Refinetti tentou (e não conseguiu) identificar um ritmo semanal na pressão arterial e na concentração de ácido láctico em cavalos. Ele acredita que o ritmo de cinco dias de Bromage em porcos pode ser o resultado de uma semana de trabalho humana, uma invenção social relativamente nova. Além disso, diz ele, nada no meio ambiente poderia ser um pré-requisito para o desenvolvimento de um ritmo semanal ao longo de milhões de anos. Compare isso com o ritmo circadiano, que aparentemente surgiu em resposta à mudança do dia e da noite.
Bromage respondeu que os ritmos que identificou provavelmente não podiam ser causados pela semana de trabalho, porque os porcos eram mantidos em condições constantes o tempo todo. Além disso, se a teoria de Bromage estiver correta, esses ritmos não precisariam de um sinal externo de vários dias para se desenvolver, uma vez que se baseiam em horas diárias que podem ser contadas. Refinetti, acrescentou ele, provavelmente não mediu o ritmo semanal em cavalos porque não mediu todo o complexo associado ao crescimento.
Em termos de crítica aos dados de Halberg, Bromage disse que deu o nome dele ao ritmo porque "defendeu ritmos de longo prazo quando ninguém mais no mundo pensava nisso". Mas isso, diz Bromage, não significa "concordo com todas as suas afirmações".
É mais difícil argumentar, talvez, com as estatísticas de acordo com os dados de Bromage. Devido ao custo e à complexidade, o experimento teve que ser realizado em um período de tempo menor do que Bromage esperava. Como havia poucos ciclos, ele não podia verificar os ritmos estatisticamente de forma objetiva. Em vez disso, a situação o levou a assumir um ritmo de cinco dias e, em seguida, verificar se essa suposição era estatisticamente relevante. Se você afirma que há um ciclo de cinco dias, você precisa medir muitos ciclos para ter uma base estatística, diz Andrew Liu, cronobiólogo da Universidade de Memphis.
Bromage concordou que o experimento tinha suas próprias falhas. “Nós realmente aceleramos”, diz ele. Seria difícil medir o sangue dos porcos por um período mais longo: os animais ficaram mais estressados e no final do estudo começaram a desenvolver infecções. “Foi uma experiência totalmente nova para todos, então não foi perfeita e aprendemos muito”, diz Bromage.
Para obter dados mais precisos, ele planeja incluir mais ciclos em seu próximo estudo, durante o qual medirá o sangue em macacos rhesus (eles têm um ritmo de quatro dias) durante um mês. Os macacos estão acostumados com a coleta de sangue, acrescentou ele, o que significa que os cientistas coletarão amostras de sangue de animais que não apresentam problemas relacionados ao estresse, como os porcos.
Bromage observou que, independentemente disso, ele identificou um ritmo de cinco dias em outro tipo de molécula que circula no sangue de porcos: pequenos RNAs, e a maioria daqueles com ciclo de cinco dias também tem uma função biológica relacionada ao crescimento. Ele não acha que essa descoberta seja uma coincidência. "A chance de isso acontecer é astronomicamente pequena", diz ele.
Rato de dois dias
Os exames de sangue não são a única forma de os cientistas rastrearem o biorritmo. Liu, da Universidade de Memphis, diz que se tivesse dinheiro, estaria interessado em determinar o ritmo de vários dias em um grande animal usando o gene repórter diário. Esses genes são acionados pelo ritmo circadiano e produzem uma molécula que os biólogos podem medir com alta precisão em tempo real. A associação desse gene com o hipotálamo do animal pode revelar que o ritmo circadiano varia de alguma forma ao longo da programação de vários dias”, diz Liu. "É factível", diz ele, "e muito interessante."
No entanto, mesmo que o ritmo dos metabólitos seja confirmado, Liu e outros cientistas afirmam, isso não significa que ele seja responsável pelo tamanho do corpo. Em vez disso, pode simplesmente refletir diferentes taxas de crescimento em animais de diferentes tamanhos. Como Liu explicou, "só porque você marca algo no sangue que tem ritmo não significa necessariamente", esse é o motivo.
Bromage concordou. "Esta é apenas uma hipótese. Pode ser testada experimentalmente." Para isso, ele quer sujeitar as células cultivadas, dividindo-se uma vez ao dia, a fatores biológicos que podem transformar o ritmo circadiano em um ritmo de vários dias. Quando isso funcionar, diz ele, os cientistas verão se conseguem transformar um "rato inteiro em um animal de dois dias".
Andreas von Bubnoff
