Reconstruções tridimensionais detalhadas de estruturas sensoriais importantes em ctenóforos revelam estruturas e funções mais complexas do que os cientistas imaginavam anteriormente. Os resultados sugerem que sistemas simples semelhantes ao cérebro podem ter existido em alguns dos primeiros animais, fornecendo novas informações sobre como os sistemas nervosos evoluíram.
Os ctenóforos (comumente conhecidos como ctenóforos) são animais marinhos delicados e gelatinosos que apareceram nos oceanos da Terra há cerca de 550 milhões de anos. Esses organismos contêm estruturas sensoriais especializadas chamadas AOs que lhes permitem detectar gravidade, pressão e luz. Um novo estudo morfológico publicado em progresso científico mostraram que este órgão é muito mais complexo do que estudos anteriores sugeriram.
“Demonstramos que o AO é um sistema sensorial complexo e funcionalmente único”, disse o líder do grupo Pawel Burkhardt, do Centro Michael Sass da Universidade de Bergen. “Nosso estudo melhora profundamente nossa compreensão da evolução coordenada do comportamento animal”.
Mapeando a estrutura celular de órgãos antigos
Para entender como os órgãos abdominais são organizados internamente, os pesquisadores colaboraram com Maike Kittelmann, da Oxford Brookes University, e usaram microscopia eletrônica volumétrica avançada. Este método permitiu-lhes criar reconstruções tridimensionais extremamente detalhadas da estrutura.
A análise revelou 17 tipos de células diferentes nos órgãos abdominais, incluindo 11 tipos de células secretoras e ciliadas nunca antes identificadas. A diversidade de células confirma que a AO funciona como um órgão sensorial multimodal complexo.
“Fiquei quase imediatamente surpreso com a diversidade morfológica das células do órgão in vitro. Processar grandes quantidades de dados eletromagnéticos foi como descobrir algo novo e excitante todos os dias”, disse Anna Ferraioli, pós-doutoranda no Michael Sass Center e primeira autora do estudo. “Comparado aos órgãos apicais dos cnidários e bilaterais, o AO tem uma complexidade incrível. É tão único!”
sistema de comunicação neural híbrido
Além da sua diversidade celular, este órgão abdominal também parece estar intimamente relacionado com o sistema nervoso dos ctenóforos. Os ctenóforos possuem redes neurais compostas por neurônios fundidos que formam estruturas contínuas por todo o corpo.
Os pesquisadores descobriram que essa rede neural forma conexões sinápticas diretas com células dos órgãos abdominais, criando um caminho para a comunicação bidirecional. Ao mesmo tempo, muitas células dentro da AO contêm um grande número de vesículas, sugerindo que podem libertar uma vasta gama de sinais químicos através de um processo denominado transporte de volume. Juntos, esses mecanismos indicam que este órgão depende de formas de sinalização sinápticas e não-sinápticas.
“Acho que nosso trabalho oferece uma perspectiva importante sobre o quanto podemos aprender com os estudos morfológicos”, explica Ferraoli. “Eu diria que o AO definitivamente não se parece com o nosso cérebro, mas poderia ser definido como o órgão que os ctenóforos usam como cérebro”.
Pistas sobre a evolução do cérebro
A equipe de pesquisa também estudou como certos genes do desenvolvimento são expressos em ctenóforos. Muitos dos genes envolvidos na formação dos tecidos corporais de outros animais também estão presentes nestes organismos, mas os seus padrões de expressão são bastante diferentes.
Esta diferença sugere que este órgão não animal pode não ser diretamente equivalente aos cérebros encontrados em outros grupos de animais. “Em outras palavras”, acrescentou Burkhardt, “a evolução parece ter inventado sistemas nervosos centralizados mais de uma vez”.
Vinculando estruturas neurais ao comportamento
Pesquisas relacionadas lideradas por Kei Jokura, do Instituto Nacional de Biologia Básica do Japão, em colaboração com o Professor Gaspar Jekely, da Universidade de Heidelberg, fornecem suporte adicional para essas descobertas. Em outro estudo no qual Burkhart esteve envolvido, os cientistas reconstruíram o circuito neural completo dos órgãos sensores da gravidade dos ctenóforos.
Ao combinar imagens de alta velocidade com reconstruções tridimensionais de mais de 1.000 células, os pesquisadores mostraram como redes neuronais fundidas coordenam o batimento dos cílios em diferentes partes do corpo do animal. Esta coordenação permite que os ctenóforos mantenham a sua orientação à medida que se movem na água.
“As semelhanças com circuitos neurais em outros organismos marinhos sugerem que soluções semelhantes de detecção de gravidade podem ter evoluído independentemente em linhagens animais distantes”, disse Chokula.
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. Ferraioli disse que a próxima fase da pesquisa se concentrará na identificação das assinaturas moleculares dos tipos de células recém-descobertos e na exploração do quanto os órgãos abdominais influenciam o comportamento dos ctenóforos.
