O “cérebro” do ctenóforo é muito mais complexo do que pensávamos.

As medusas-de-pente (ctenóforos) - criaturas gelatinosas de uma simplicidade enganadora, famosas pelos seus “espetáculos” de luz hipnotizantes no oceano - surgiram nos mares da Terra há cerca de 550 milhões de anos.

Durante muito tempo, muitos biólogos olharam para estes animais como o exemplo perfeito de um ser vivo com “nenhum pensamento, cabeça vazia”. No entanto, um novo estudo indica que o seu principal centro sensorial é bastante mais complexo - e mais parecido com um “cérebro” - do que se imaginava.

Esta descoberta tem consequências de grande alcance para a história evolutiva dos sistemas nervosos dos animais. Os ctenóforos são, juntamente com as esponjas, um dos principais candidatos a representar o mais antigo “plano” corporal dos primeiros animais. Dito de outra forma: entre os animais atuais, as medusas-de-pente poderão estar entre os mais próximos do último ancestral comum de que descendemos.

A nova complexidade encontrada sugere, por isso, que estruturas com funções “tipo-cérebro” podem ter feito parte da vida animal há muito, muito tempo.

O órgão aboral (AO) das medusas-de-pente e a coordenação do comportamento

“Este estudo melhora profundamente a nossa compreensão sobre a evolução da coordenação comportamental nos animais”, afirma o autor sénior, Pawel Burkhardt, biólogo evolutivo da Universidade de Bergen, na Noruega.

O salto de conhecimento surgiu a partir de varrimentos de alta resolução do órgão aboral (AO), observados com um nível de detalhe sem precedentes. Esta estrutura sensorial permite ao animal orientar-se nas profundezas do oceano ao detetar a gravidade, alterações de pressão e a direção da luz.

Para obter estas reconstruções em 3D, os investigadores recorreram a uma técnica avançada de imagem chamada microscopia eletrónica de volume, que torna possível reconstruir digitalmente as estruturas exatamente como existem no corpo - algo que as dissecações tradicionais raramente conseguem preservar com fidelidade.

O que revelaram os modelos 3D: uma rede nervosa com nó central e sinapses

Os modelos obtidos mostraram que o AO dos ctenóforos é surpreendentemente intrincado, embora seja bastante diferente de órgãos equivalentes em animais como os cnidários (grupo que inclui medusas e anémonas-do-mar) ou mesmo das larvas de animais mais próximos dos humanos, como os poliquetas (vermes-de-cerdas).

A rede nervosa do animal - responsável por conduzir sinais por todo o corpo - converge num nó central denso que envolve o AO. As sinapses entre a rede nervosa e o órgão formam um percurso evidente para a transmissão de informação elétrica.

O próprio AO é composto por cerca de 900 células, distribuídas por 17 tipos celulares distintos. Destes, 11 tipos são completamente novos para a ciência.

“Fiquei surpreendida quase de imediato com a diversidade morfológica das células do órgão aboral”, relata a bióloga molecular Anna Ferraioli, da Universidade de Bergen, primeira autora do estudo.

Próximos passos: identidade molecular e influência do AO no comportamento

Segundo Ferraioli, o trabalho seguinte da equipa passará por identificar a assinatura molecular dos tipos celulares agora descritos e por testar até que ponto o órgão aboral (AO) participa na modulação do comportamento.

Este tipo de investigação é particularmente relevante porque, apesar de as medusas-de-pente parecerem “simples” à primeira vista, vivem num ambiente tridimensional e dinâmico, onde a orientação no espaço - face à luz, à pressão e à gravidade - pode ser decisiva para alimentação, fuga e reprodução. Perceber como o AO integra estes estímulos ajuda a explicar como um corpo gelatinoso consegue coordenar respostas eficazes em pleno oceano.

Transmissão por volume: vesículas, sinalização lenta e neuromoduladores

A equipa observou ainda que muitas células não sinápticas no AO estavam repletas de vesículas - pequenos sacos cheios de fluido que transportam substâncias químicas para dentro e para fora das células. Este padrão sugere envolvimento numa forma mais ampla e lenta de comunicação química conhecida como transmissão por volume.

A transmissão por volume é uma das vias pelas quais substâncias como dopamina, serotonina e histamina podem atuar no cérebro. Em vez de depender exclusivamente de sinapses para uma comunicação rápida e altamente direcionada, estes neuromoduladores também podem difundir-se e “banhar” conjuntos de células, alterando a sua atividade de forma mais difusa.

Curiosamente, os genes e moléculas usados pelos ctenóforos para construir este sistema nervoso central elementar parecem ser únicos, distinguindo-se dos mecanismos observados em cnidários e em larvas de poliquetas.

Implicações evolutivas: sistemas nervosos centralizados podem ter surgido mais do que uma vez

“Os nossos resultados redefinem o AO dos ctenóforos como um sistema sensorial distinto, integrado e potencialmente multimodal, crítico para a regulação do comportamento”, escrevem os autores no artigo publicado.

Embora o AO não seja um cérebro como o nosso, Ferraioli explica que é o órgão que as medusas-de-pente usam como um cérebro.

“Por outras palavras”, acrescenta Burkhardt, “a evolução parece ter inventado os sistemas nervosos centralizados mais do que uma vez.”

Em conjunto, os dados apontam para a possibilidade de os sistemas nervosos centralizados terem surgido na anatomia animal muito mais cedo do que se pensava, ainda que em formatos muito diferentes do modelo presente nos vertebrados.

A investigação foi publicada na Science Advances.