No ano passado, Jaume Pellicer liderou uma equipe de pesquisadores em uma floresta em Grande-Terre, uma ilha a leste da Austrália. Eles estavam em busca de uma samambaia chamada Tmesipteris oblanceolata. Como ela alcança apenas alguns centímetros de altura, não era fácil encontrá-la no chão da floresta.
"Não chama a atenção", disse Pellicer, que trabalha no Instituto Botânico de Barcelona, na Espanha. "Você provavelmente pisaria nela e nem perceberia." Mas os cientistas conseguiram avistá-la.
Quando Pellicer e seus colegas a examinaram no laboratório, descobriram que ela guardava um segredo extraordinário. Tmesipteris oblanceolata tem o maior genoma conhecido na Terra. Conforme os pesquisadores descreveram em um estudo publicado no último dia 31, suas células contêm mais de 50 vezes mais DNA do que as nossas.
Se você achar estranho que uma planta tão pequena tenha um genoma tão gigantesco, os cientistas também acham. O enigma surgiu na década de 1950, quando os biólogos descobriram que a dupla hélice do DNA codifica genes. Cada gene consiste em uma série de letras genéticas, e nossas células leem essas letras para produzir proteínas correspondentes.
Cientistas achavam que os humanos e outras espécies complexas produziriam muitas proteínas diferentes e, portanto, teriam genomas maiores. Mas, quando analisaram o DNA de diferentes animais, descobriram que estavam errados. Sapos, salamandras e peixes tinham genomas muito maiores do que o dos humanos.
Ocorre que os genomas são muito mais estranhos do que os cientistas esperavam. Nós carregamos cerca de 20 mil genes codificadores de proteínas, por exemplo, porém eles representam apenas 1,5% dos 3 bilhões de pares de letras em nosso genoma.
Outros 9% são compostos de trechos de DNA que não codificam proteínas, mas desempenham funções importantes. Alguns deles, por exemplo, agem como interruptores para ligar e desligar genes vizinhos.
Os demais 90% não têm função conhecida. Alguns cientistas têm um apelido carinhoso para essa vasta quantidade de DNA misterioso: lixo. Algumas espécies têm pouco DNA lixo, enquanto outras, quantidades impressionantes.
No início dos anos 2000, quando Pellicer se formou como botânico, ele ficou intrigado ao descobrir que algumas linhagens de plantas também possuem genomas enormes.
Em 2010, ano em que Pellicer começou a trabalhar no Jardim Botânico de Kew, em Londres, ele teve a chance de estudar uma família de plantas conhecidas como flores em cacho, que eram conhecidas por terem genomas grandes. Ele passou meses picando folhas com uma lâmina de barbear, isolando células de dezenas de espécies e pesando seus DNAs.
Quando ele analisou o genoma de uma planta chamada Paris japonica, que cresce nas montanhas perto de Nagano, Japão, ele ficou chocado com o resultado. A flor comum tinha um genoma com 148 bilhões de pares de letras, um recorde mundial.
Nos anos seguintes, colegas lhe enviaram amostras de samambaias da Austrália e da Nova Zelândia. Ele descobriu que essas plantas também tinham genomas enormes, embora não tão grandes quanto o da Paris japonica.
Pellicer sabia que espécies de samambaias relacionadas cresciam em algumas ilhas do Pacífico. Em 2016, ele começou a fazer planos para uma expedição em Grande-Terre, parte do arquipélago conhecido como Nova Caledônia.
Só em 2023 ele chegou à ilha. Ele coletou várias espécies com uma equipe que incluía colegas de Kew, o estudante de pós-graduação Pol Fernández e especialistas locais em plantas.
De volta a Barcelona, Fernández ficou surpreso ao descobrir que o genoma de Tmesipteris oblanceolata continha cerca de 160 bilhões de pares de letras de DNA. Treze anos depois de Pellicer ter descoberto um genoma recorde, seu estudante de pós-graduação também estava experimentando a emoção de quebrar o recorde.
Existem duas principais maneiras pelas quais os genomas se expandem ao longo do tempo evolutivo. Muitas espécies carregam trechos de DNA semelhantes a vírus. Ao produzirem novas cópias de seus genomas, às vezes eles fazem acidentalmente uma cópia extra desse trecho viral. Ao longo de muitas gerações, uma espécie pode acumular milhares de novas cópias, fazendo com que seu genoma inche.
Também é possível que uma espécie acabe subitamente com dois genomas em vez de um. Uma maneira de um genoma extra surgir é para duas espécies intimamente relacionadas se acasalarem. Sua prole híbrida pode herdar conjuntos completos de DNA de ambos os pais.
Pellicer e seus colegas suspeitam que uma combinação de DNA semelhante a vírus e genomas duplicados seja responsável pela enorme quantidade de material genético em Tmesipteris oblanceolata. Mas eles não sabem por que essa samambaia acabou com um genoma que estabeleceu um recorde, enquanto outras espécies —como nós— têm muito menos DNA.
É possível que a maioria das espécies acumule gradualmente DNA em seus genomas sem sofrer nenhum dano.
Mas os genomas podem ficar tão grandes a ponto de se tornarem um fardo. As células podem ter que se expandir para abrigar todo o DNA extra. Elas também precisam de mais tempo e mais nutrientes para fazer novas cópias de seus genomas gigantes. Um organismo com um genoma superdimensionado pode perder para um rival com um genoma menor. Assim, mutações que eliminam o DNA desnecessário podem ser favorecidas pela evolução.
É possível que animais e plantas possam evoluir genomas gigantes apenas em ambientes especiais, como em climas estáveis onde há pouca competição. "Talvez seja por isso que são tão raros —eles são eliminados porque não são eficientes", disse Pellicer.
Mesmo na casa mais acolhedora, os genomas não podem crescer para tamanhos infinitos. Na verdade, Pellicer suspeita que Tmesipteris oblanceolata possa ter quase atingido o limite físico de um genoma. "Eu acredito que estejamos perto", disse ele.
Outros não têm tanta certeza.
"Não sei se já atingimos um limite superior", disse Brittany Sutherland, botânica da Universidade George Mason, na Virgínia, que não esteve envolvida no estudo. Ela observou que os botânicos mediram os tamanhos dos genomas em apenas 12 mil espécies de plantas, deixando outras 400 mil espécies para estudar. "O que temos de estimativas é apenas a ponta do iceberg."
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