.
Ao longo de seus oito braços, os polvos têm ventosas altamente sensíveis que permitem explorações metódicas do fundo do mar enquanto buscam alimento em uma abordagem de “sabor pelo toque”. As lulas, por outro lado, usam uma tática muito diferente para encontrar sua próxima refeição: escondendo-se pacientemente até emboscar suas presas em rajadas rápidas.
Em uma análise única que fornece um vislumbre das histórias de origem de novos traços de animais, um par de estudos de pesquisa liderados por cientistas da Universidade da Califórnia em San Diego e da Universidade de Harvard traçou as adaptações evolutivas das capacidades de detecção de polvos e lulas. Os estudos, apresentados na capa da edição de 13 de abril da Nature, revelam ligações evolutivas com receptores cerebrais humanos.
Pesquisadores do recém-criado laboratório de Ryan Hibbs na Escola de Ciências Biológicas da UC San Diego (anteriormente baseado no Southwestern Medical Center da Universidade do Texas) e do laboratório de Nicholas Bellono em Harvard analisaram polvos e lulas, animais conhecidos como cefalópodes, através de uma lente abrangente que estendeu a estrutura da proteína de nível atômico para todo o organismo funcional. Eles se concentraram nos receptores sensoriais como um local chave para a inovação evolutiva na encruzilhada da ecologia, processamento neural e comportamento.
Ao observar a maneira como polvos e lulas sentem seus ambientes marinhos, os pesquisadores descobriram novas famílias de receptores sensoriais e determinaram como eles conduzem comportamentos distintos no ambiente. Com a tecnologia de microscopia crioeletrônica, que usa temperaturas criogênicas para capturar processos e estruturas biológicas de maneiras únicas, eles mostraram que as adaptações podem ajudar a impulsionar novos comportamentos.
“Os cefalópodes são bem conhecidos por seus intrincados órgãos sensoriais, sistemas nervosos elaborados e comportamentos sofisticados que são comparáveis aos vertebrados complexos, mas com organização radicalmente diferente”, disse Hibbs, professor do Departamento de Neurobiologia. Hibbs traz conhecimento sobre a estrutura de uma família de proteínas em humanos que medeiam a comunicação entre neurônios cerebrais e outras áreas, como entre neurônios e células musculares. “Os cefalópodes fornecem exemplos impressionantes de evolução convergente e divergente que podem ser aproveitados para entender a base molecular da novidade em todos os níveis de organização biológica”.
Em um estudo da Nature, as equipes de pesquisa descreveram pela primeira vez a estrutura de um receptor quimiotátil (que significa químico e toque) de polvo, que os braços de polvo usam para exploração de sabor a toque. Esses receptores quimiotáteis são semelhantes aos receptores de neurotransmissores cerebrais e musculares humanos, mas são adaptados pela evolução para ajudar a avaliar possíveis fontes de alimento no ambiente marinho.
“No polvo, descobrimos que esses receptores quimiotáteis entram em contato físico com as superfícies para determinar se o animal deve comer uma fonte potencial de alimento ou rejeitá-la”, disse Hibbs. “Através de sua estrutura, descobrimos que esses receptores são ativados por moléculas gordurosas, incluindo esteróides semelhantes ao colesterol. Com análises evolutivas, biofísicas e comportamentais, mostramos como adaptações estruturais surpreendentemente novas facilitam a transição do receptor de um papel ancestral na neurotransmissão para um novo funcionam na quimiosensação dependente de contato de produtos químicos ambientais gordurosos.”
O segundo estudo da Nature concentrou-se nas lulas e em sua estratégia de emboscada totalmente diferente para capturar alimentos. Os pesquisadores combinaram genética, fisiologia e experimentos comportamentais para descobrir uma nova classe de receptores quimiotáteis antigos e determinaram uma estrutura dentro da classe. Eles também conduziram uma análise evolutiva para vincular as adaptações nos receptores de lula a expansões mais elaboradas no polvo. Eles foram então capazes de colocar os receptores de neurotransmissores quimiotáteis e ancestrais em uma linha do tempo evolutiva e descreveram como as adaptações evolutivas levaram ao desenvolvimento de novos comportamentos.
“Descobrimos uma nova família de receptores de superfície celular que oferecem uma lente rara para a evolução da sensação porque representam a transição mais recente e funcionalmente tratável do neurotransmissor para os receptores ambientais em todo o reino animal”, disse Hibbs. “Nossas estruturas desses receptores únicos de cefalópodes estabelecem uma base para a compreensão mecanicista das principais transições funcionais no tempo evolutivo profundo e na origem da novidade biológica”.
Hibbs diz que o par de novos estudos oferece um excelente exemplo de como a curiosidade em criaturas interessantes pode levar a insights importantes para toda a biologia, ou seja, como as proteínas – os blocos de construção da vida – se adaptam para mediar novas funções e comportamentos.
“Esses estudos são um ótimo exemplo do que é ser um cientista – maravilha, exploração e compreensão de como as coisas funcionam”, disse ele.
Vídeo: https://youtu.be/WC4h_XIioAw
.
