Reconstruções tridimensionais detalhadas de uma estrutura sensorial chave nas vieiras revelam uma complexidade estrutural e funcional muito maior do que os cientistas reconheceram anteriormente. Os resultados sugerem que um sistema simples semelhante ao cérebro pode ter existido em alguns dos primeiros animais, oferecendo novos insights sobre como o sistema nervoso evoluiu.
Os ctenóforos (comumente conhecidos como vieiras) são animais marinhos delicados e gelatinosos que apareceram nos oceanos da Terra há cerca de 550 milhões de anos. Esses organismos contêm uma estrutura sensorial especializada chamada órgão aboral (AO), que lhes permite detectar gravidade, pressão e luz. Um novo estudo morfológico publicado em Conquistas da ciência mostra que este órgão é muito mais complexo do que estudos anteriores sugeriram.
“Mostramos que a TA é um sistema sensorial complexo e funcionalmente único”, disse Pavel Burkhardt, líder do grupo no Centro Michael Sars da Universidade de Bergen. “Nosso estudo melhora significativamente nossa compreensão da evolução da coordenação comportamental em animais”.
Mapeando a arquitetura celular de um órgão antigo
Para entender como o órgão oral é organizado internamente, os pesquisadores colaboraram com Maike Kittelman, da Oxford Brookes University, e usaram microscopia eletrônica volumétrica avançada. Esta abordagem permitiu-lhes criar reconstruções tridimensionais extremamente detalhadas da estrutura.
A análise revelou 17 tipos diferentes de células no órgão aboral, incluindo 11 tipos de células secretoras e ciliadas que nunca haviam sido identificadas antes. Esta grande diversidade de células confirma que o AT funciona como um órgão sensorial multimodal complexo.
“Fiquei quase imediatamente impressionado com a diversidade morfológica das células nos órgãos orais. Trabalhar com dados EM em massa é como descobrir coisas novas e interessantes todos os dias”, disse Anna Ferraioli, pós-doutoranda no Centro Michael Sars e primeira autora do estudo. “AT tem uma complexidade incrível em comparação com os órgãos apicais dos cnidários e bilaterais. É tão único!”
Sistema de comunicação neural híbrido
Além da diversidade celular, o órgão aboral também parece estar intimamente relacionado ao sistema nervoso do pente. Os ctenóforos possuem uma rede nervosa composta por neurônios fundidos que formam uma estrutura contínua por todo o corpo.
Os pesquisadores descobriram que essa rede neural forma conexões sinápticas diretas com as células do órgão ablativo, criando um caminho para comunicação bidirecional. Ao mesmo tempo, muitas células dentro do AO contêm muitas vesículas, indicando que podem emitir sinais químicos amplos através de um processo conhecido como transmissão em massa. Juntos, esses mecanismos sugerem que o órgão depende de formas de sinalização sinápticas e não-sinápticas.
“Acho que nosso trabalho oferece uma perspectiva importante sobre o quanto podemos aprender com o estudo da morfologia”, explica Ferraioli. “Eu diria que o AO definitivamente não é como o nosso cérebro, mas pode ser definido como o órgão que o peixe-remo usa como cérebro.”
Pistas para a evolução do cérebro
A equipe também estudou como certos genes do desenvolvimento são expressos nas vieiras. Muitos genes envolvidos na formação da organização corporal em outros animais estão presentes nestes organismos, mas os seus padrões de expressão diferem significativamente.
Esta diferença sugere que o órgão oral não pode ser um equivalente direto do cérebro de outros grupos de animais. “Em outras palavras”, acrescentou Burckhardt, “a evolução parece ter inventado repetidamente sistemas nervosos centralizados”.
Vinculando a estrutura neural ao comportamento
Apoio adicional para estas descobertas veio de pesquisas relacionadas lideradas por Kei Jokuri do Instituto Nacional de Biologia Básica do Japão, juntamente com o Professor Gaspar Jackeli da Universidade de Heidelberg. Num estudo separado, no qual Burkhardt também participou, os cientistas reconstruíram a rede neural completa do órgão de detecção da gravidade da geleia.
Ao combinar imagens de alta velocidade com uma reconstrução tridimensional de mais de 1.000 células, os pesquisadores mostraram como redes de neurônios fundidos coordenam o batimento dos cílios em diferentes partes do corpo do animal. Esta coordenação permite que as barbatanas mantenham a sua orientação à medida que se movem na água.
“As semelhanças com os circuitos neurais de outros organismos marinhos sugerem que soluções comparáveis para detectar a gravidade podem ter evoluído independentemente em linhagens animais distantes”, disse Jokura.
Repensando as origens do sistema nervoso
Juntos, estes estudos sugerem que os primeiros sistemas nervosos podem ter sido mais centralizados do que os cientistas pensavam anteriormente. Segundo Ferraioli, a próxima fase da pesquisa terá como foco revelar as características moleculares dos tipos celulares recém-descobertos e estudar a intensidade com que o órgão ablativo afeta o comportamento da geleia de favo.
