Vida maravilhosa na origem dos sistemas nervosos Biologia do Envolvimento

Crédito: Brest van Kempen

Um conhecimento novo pode mudar tudo o que sabia se antes sobre algo e o que era verdade, se desmancha no ar

Se tem uma atividade que todo biólogo gosta de fazer é imaginar o passado. Aprender biologia é se munir de ferramentas para encontrar pistas de um cenário ancestral nos dias de hoje. E quanto mais longe no passado vamos, mais difícil a tarefa fica. Agora imagina tentar resolver as relações familiares de grupos que se separaram 500 milhões de anos atrás. É claro que dá controvérsia. E no meio dessa confusão está um grupo de animais chamados ctenóforos e seus sistemas nervosos.

Todo aluno de biologia e até mesmo aqueles nas escolas aprendem que esponjas são o grupo irmão de todos os outros animais. Estes animais não desenvolvem eixos corporais, não tem células musculares, neurônios ou até mesmo tecidos propriamente ditos (com lâmina basal). Já os ctenóforos não. Estes animaizinhos são predadores, com um corpo organizado em simetria radial, que usam uma fileira de colunas organizadas de cílios para se locomover. Assim como cnidários (como águas vivas ou hidras), ctenóforos formam seus tecido a partir de duas camadas germinativas, possuem um sistema nervoso radial organizado em rede (não formam sistema nervoso central) e uma cavidade gástrica. Ctenóforos e cnidários teriam sido então os dois grupos de animais a primeiro se separarem dos demais (nesta ordem) após a invenção de neurônios e suas maravilhas funcionais. Tudo estava razoavelmente bem enquanto somente as características morfológicas dos animais eram utilizadas para classificá-los. Foi quando em 2014 apareceu um grupo com a sequência do primeiro genoma de um ctenóforo.

Imagem de um ctenóforo (Imagem: allyouneedisbiology.files.wordpress.com)

O que Moroz e colaboradores descobriram quando foram olhar para as sequências de DNA desses animais foi curioso. Ctenóforos não possuem genes Hox, que são chamados genes mestre reguladores, por regularem a expressão de outros genes e assim conferirem identidade a células e tecidos. Em animais bilaterais como nós, a expressão de um dado gene Hox informa àquela célula a identidade da região do eixo antero-posterior  em que ela está. Então, quando mutado o gene Ubx de Drosophila, que confere identidade às células do primeiro segmento abdominal, este se diferencia em um segmento toráxico extra, com patas e asas. Mesmo na hidra, um cnidário de simetria radial como os ctenóforos, a expressão de genes Hox determina a identidade de cada um de seus tentáculos. Mas ctenóforos não, se viram sem nenhum gene Hox. E não para por aí, genes importantes para a nossa diferenciação de neurônios, músculo e células imunes simplesmente não estão lá. Os neurônios funcionam com muito menos neurotransmissores. As células de músculo, que nossos neurônios excitam com a liberação de acetil-colina, só respondem a glutamato. E aparentemente eles são bons em fazerem sinapses elétricas, sinapses em que íons fluem por canais de uma célula para a outra. Após todas estas comparações, estes autores concluíram que ctenóforos são tão diferentes que eles devem ter inventado seus sistemas nervosos independentemente. Assim, ctenóforos perderam sua relação de parentesco com os demais animais com sistema nervoso e foram relegados à posição de um primo mais distante do que as esponjas.

Esse é um desenho de um Anomalocaris. Ele é de Marianne Colins retirado do livro Vida Maravilhosa, do Stephen J Gould

Mas melhor do que fazer inferências a partir de comparações entre o DNA de animais modernos seria se pudéssemos viajar no tempo e ver como eram esses ancestrais dos animais que inventaram sistemas nervosos. Bom, viajar no tempo nós não podemos mas volta e meia esbarramos em fósseis desses animais. Só que fósseis do Cambriano não aparecem em qualquer esquina, existem poucos deles no mundo. O mais famoso dele é o Burguess Shale, um sítio arqueológico nas montanhas do Canadá que ficou super conhecido após a publicação do livro “Vida Maravilhosa”, do Stephen J Gould. No Burguess Shale encontramos fósseis com suas partes moles (que não são exoesqueletos, como órgãos internos) de ancestrais de diversos grupos de animais, como águas vivas, artrópodos e o Pikaia, um pequeno cordado como nós. Além disso, fósseis do Cambriano possuem animais louquíssimos, como o artrópodo Anomalocaris ou Wiwaxia.

Fóssil de um Dinomischid, Foto: Yang Zhao:

Além desse sítio canadense, existe um sítio na China ainda mais antigo que o Burguess Shale, a biota de Chengjiang. Acontece que a partir deste sítio, Zhao e colaboradores analisaram alguns animais sésseis, com o corpo em forma de uma tulipa, com uma base que se estende até uma extremidade flutuante onde se encontra uma cavidade gástrica como as encontradas em cnidários ou ctenóforos. Ao redor desta boca, estes animais possuem um número de tentáculos, os Dinomischids tem incríveis 18, e nestes tentáculos possuem cílios semelhantes àqueles encontrados em ctenóforos. A partir destas e outras características, estes autores então sugerem que estes animais sésseis do Cambriano seriam um grupo ancestral que deu origem a ctenóforos e em muito se assemelhariam a cnidários. Assim, ctenóforos voltariam a ser os primos mais próximos de cnidários e ambos, possivelmente descendentes do único animal que inventou um sistema nervoso.

Obviamente a polêmica não acabou. Existem problemas como a necessidade de que este ancestral tenha criado muitas transições importantes até chegar aos ctenóforos modernos. Recomendo a leitura dos comentários de Daley e Antcliffe na mesma revista. Quanto mais soubermos sobre esse tempo fantástico, mais conseguiremos viajar no tempo para a reviver nossas próprias origens.

Ah, antes de ir. Lembrem do experimento sobre moral e embriões que estamos fazendo. Veja aqui.

Referências:

Zhao, Y, Vinther, J, Parry, LA, Wei, F, Green, E, Pisani, D, Hou, X, Edgecombe, GD, Cong, P (2019) Cambrian sessile, suspension feeding stem-group ctenophores and evolution of the comb jelly body plan. Current Biology 29: 1112-1125.

Daley, AC, Antcliffe, JB (2019) Evolution: The battle of the first animals. Current Biology 29

Moroz, LL et al. (2014) The ctenophore genome and the evolutionary origins of neural systems. Nature 510: 109-114.

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Leia o texto anterior: Um experimento sobre moral e embriões

Eduardo Sequerra