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Piscar é crucial para os olhos. É assim que os animais limpam os olhos, os protegem e até se comunicam. Mas como e por que o piscar se originou? Pesquisadores do Georgia Institute of Technology, da Seton Hill University e da Pennsylvania State University estudaram o mudskipper, um peixe anfíbio que passa a maior parte do dia em terra, para entender melhor por que piscar é um comportamento fundamental para a vida em terra.
Embora os mudskippers sejam parentes distantes dos tetrápodes, o grupo que inclui humanos e outros vertebrados de quatro membros, os pesquisadores acreditavam que estudar os peixes poderia revelar como o piscar evoluiu quando esses animais começaram a se mover em terra.
A equipe de pesquisa, que incluía vários estudantes de graduação, publicou suas descobertas no artigo “The Origin of Blinking in Both Mudskippers and Tetrapods Is Linked to Life on Land”, em Anais das Academias Nacionais de Ciências.
“Ao comparar a anatomia e o comportamento dos mudskippers com o registro fóssil dos primeiros tetrápodes, argumentamos que piscar surgiu em ambos os grupos como uma adaptação à vida na terra”, disse Tom Stewart, professor assistente da Penn State e autor do artigo. . “Esses resultados nos ajudam a entender nossa própria biologia e levantam todo um conjunto de novas questões sobre a variedade de comportamentos de piscar que vemos nas espécies vivas”.
Interrompendo o piscar
Mudskippers piscam sugando o olho para baixo na órbita ocular. A evolução desse comportamento não exigiu a evolução de muitas partes novas, como novos músculos ou glândulas especiais. Em vez disso, os mudskippers usam seu conjunto existente de músculos oculares de uma nova maneira.
“Este é um resultado muito empolgante porque demonstra que a evolução de um comportamento novo e complexo pode ser alcançada usando um conjunto relativamente rudimentar de estruturas”, disse Brett Aiello, ex-colega de pós-doutorado no Agile Systems Lab e agora professor assistente na Seton Colina.
Em seguida, a equipe de pesquisa decidiu determinar por que os mudskippers piscam. Em uma série de experimentos, eles descobriram que os mudskippers piscam para três funções principais: molhar, limpar e proteger os olhos. Essas funções também são o motivo pelo qual os humanos e outros vertebrados terrestres piscam.
“Descobrimos que um único comportamento pode ser implantado para realizar três funções distintas e complexas”, disse Aiello. “Esses resultados não apenas ajudam os humanos a entender nossa própria história, mas também nos ajudam a reavaliar as adaptações necessárias para as principais transições na história evolutiva dos vertebrados, como a passagem da água para a terra”.
Piscar não é apenas uma questão de pesquisa única, mas também um mecanismo importante para entender, de acordo com Saad Bhamla, professor assistente da Escola de Engenharia Química e Biomolecular da Georgia Tech e autor do artigo.
“Todos nós piscamos sem pensar, e entender por que piscamos é um belo quebra-cabeça diante de nossos olhos”, disse Bhamla. “Através de nossa pesquisa sobre mudskippers e realizando análises biofísicas e morfológicas, expomos como o piscar serve a uma infinidade de funções para a adaptação à vida fora da água”.
Alunos de graduação engajados
Para explorar essas questões abertas, os pesquisadores contrataram o programa Vertically Integrated Projects (VIP), que permite que alunos de graduação conduzam projetos de pesquisa de longo prazo e larga escala como parte de seus cursos na Georgia Tech.
“A estrutura do curso VIP permite que os alunos realmente se apoiem em sua própria criatividade e conduzam o projeto nas direções que são mais interessantes para eles”, disse Aiello. “Isso ajuda nossos alunos a ganhar a capacidade de resolver problemas desconhecidos no terreno à medida que surgem – muitas pessoas se tornam cientistas para levar a pesquisa a algum lugar onde ninguém tentou ir antes.”
A estrutura VIP é inerentemente multidisciplinar. Embora Aiello seja biólogo, a maioria dos alunos eram engenheiros e trouxeram seus respectivos conhecimentos. Manognya Sripathi era formada em engenharia biomédica com especialização em ciência da computação e ofereceu sua experiência única ao problema do mudskipper.
“Usei minhas habilidades em ciência da computação para coletar dados brutos e analisá-los e plotá-los usando programas como MATLAB ou Python”, disse Sripathi. “Também usei habilidades de engenharia para ajudar a construir o equipamento experimental, permitindo-nos aplicar métodos de engenharia para estudar um problema biológico de uma maneira única.”
Indo além dos Mudskippers
A pesquisa não apenas expandiu o conhecimento sobre os mudskippers, mas também contribuiu para as aspirações futuras de cada aluno. Por exemplo, a trajetória de Kendra Washington foi influenciada pelos dois semestres que passou no laboratório.
“O VIP me aproximou das áreas de programação e dispositivos do meu curso de engenharia biomédica e solidificou por que escolhi um curso de ciência da computação”, disse ela. “Continuei a buscar essa fusão por meio de estágios e pesquisas posteriores e agora trabalho com monitoramento hemodinâmico. Mas, de certa forma, ainda ajudo a caracterizar a fisiologia por meio da programação.”
O VIP também ampliou o conhecimento e a experiência científica dos alunos, que os impulsionou muito além do laboratório. Hajime Minoguchi, graduado em engenharia biomédica, agora trabalha como engenheiro de pesquisa e desenvolvimento de integração de sistemas graças à sua experiência na classe.
“Trabalhar em uma equipe interdisciplinar como esta me permitiu aprender como entender e comunicar ideias entre as disciplinas, o que me permitiu ser um engenheiro mais completo”, disse Minoguchi. “Meu trabalho requer uma compreensão completa de biologia, circuitos elétricos, software, firmware, interações mecânicas e física. Essa experiência VIP foi fundamental para eu ter sucesso em meu trabalho atual.”
A pesquisa é muito maior do que a soma de suas partes e traz uma maior compreensão da evolução, observou Simon Sponberg, professor associado da Escola de Física e da Escola de Ciências Biológicas.
“Piscar é o reflexo de uma questão maior”, disse Sponberg. “Como ocorreram as principais transições evolutivas que permitiram aos organismos habitar basicamente todos os ambientes deste planeta? O que aprendemos é que você não precisa da evolução de muitas musculaturas ou glândulas especializadas; a evolução pode mexer com as estruturas que já existem, permitindo que sejam usados de uma nova maneira e para um novo comportamento.”
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