Reconstruções tridimensionais detalhadas de uma estrutura sensorial chave num estenóforo revelam muito mais complexidade estrutural e funcional do que os cientistas tinham reconhecido anteriormente. Os resultados sugerem que um sistema simples semelhante ao cérebro pode ter existido em alguns dos primeiros animais, fornecendo novos conhecimentos sobre a evolução do sistema nervoso.
Os cenóforos (comumente conhecidos como geleias de favo) são delicados animais marinhos gelatinosos que apareceram nos oceanos da Terra há cerca de 550 milhões de anos. Esses organismos possuem uma estrutura sensorial especial chamada órgão aboral (AO), que lhes permite detectar gravidade, pressão e luz. Um novo estudo morfológico foi publicado A ciência avança mostra que este órgão é significativamente mais complexo do que estudos anteriores sugeriram.
“Mostramos que o AO é um sistema sensorial complexo e funcionalmente único”, disse Pawel Burkhardt, líder do grupo no Centro Michael Sars, da Universidade de Bergen. “Nosso estudo aprofunda nossa compreensão da evolução da coordenação comportamental em animais”.
Mapeando a arquitetura celular de um órgão antigo
Para entender como o órgão aboral é organizado internamente, os pesquisadores colaboraram com Mike Kittelman, da Oxford Brookes University, e usaram microscopia eletrônica de volume avançada. Este método permitiu-lhes criar reconstruções tridimensionais altamente 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 AO funciona como um sofisticado órgão sensorial multimodal.
“Fiquei impressionado quase imediatamente com a diversidade morfológica das células dos órgãos aburais. Trabalhar com dados EM de volume é como descobrir coisas novas e interessantes todos os dias”, disse Anna Ferraioli, pesquisadora de pós-doutorado no Centro Michael Sars e primeira autora do estudo. “O AO tem uma complexidade interessante em comparação com os órgãos cnidários e bilaterais. É muito único!”
Um sistema de comunicação neural híbrido
Além de sua diversidade celular, o órgão aboral parece estar intimamente relacionado ao sistema nervoso das geleias de favo. 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 faz conexões sinápticas diretas com células do órgão aboral, criando um caminho para comunicação bidirecional. Ao mesmo tempo, muitas células dentro da AO contêm numerosas vesículas, indicando que podem expressar extensos sinais químicos através de um processo conhecido como transmissão de volume. Juntos, esses mecanismos sugerem que o órgão depende tanto da sinalização sináptica quanto da não-sináptica.
“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 os ctenóforos usam como cérebro”.
Pistas sobre a evolução do cérebro
A equipe examinou como genes específicos do desenvolvimento são expressos em estenóforos. Muitos genes envolvidos na formação do corpo em outros organismos estão presentes nestes organismos, mas os seus padrões de expressão são bastante diferentes.
Esta diferença sugere que o órgão aboral pode não ser diretamente equivalente ao cérebro encontrado em outros grupos de animais. “Em outras palavras”, acrescentou Burkhardt, “a evolução parece ter inventado o sistema nervoso central várias vezes”.
Vinculando a estrutura neural ao comportamento
Apoio adicional para estas descobertas vem de pesquisas relacionadas lideradas por Kei Zokura no Instituto Nacional de Biologia Básica do Japão com o Professor Gaspar Zekely da Universidade de Heidelberg. Num estudo separado que também incluiu Burkhardt, os cientistas reconstruíram a fiação neural completa do órgão de detecção da gravidade da geleia de pente.
Ao combinar imagens de alta velocidade com reconstruções tridimensionais 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 combinação permite que as geleias de favo mantenham sua orientação enquanto se movem na água.
“As semelhanças com os circuitos neurais de outros organismos marinhos sugerem que soluções comparáveis para a detecção da gravidade podem ter evoluído independentemente em linhagens animais distantes”, disse Zokura.
Revisitando as origens do sistema nervoso
Juntos, estes estudos sugerem que os primeiros sistemas nervosos podem ter sido mais centralizados do que os cientistas acreditavam anteriormente. Segundo Ferraioli, o próximo passo da pesquisa terá como foco identificar as características moleculares do tipo celular recém-descoberto e explorar a intensidade com que o órgão aboral afeta o comportamento da geleia de favo.
