Neste
texto é apresentada uma reportagem para a Scientific American Brasil, pelo Dr. Trevor D. Lamb. Este cientista e a sua equipa
têm-se dedicado ao estudo da evolução do olho, através da análise comparativa
entre estruturas mais ou menos desenvolvidas, contando também com dados
fornecidos pelos pela Biologia Evolutiva do Desenvolvimento (‘Evo-Devo’).
“(…) O
olho do peixebruxa pode ter permanecido num estado rudimentar (…); assim, sua estrutura
atual representaria a arquitetura de um estágio evolutivo anterior.
Ao observar melhor a retina do animal podem surgir suposições sobre o papel do
olho. Na retina normal, de três camadas dos vertebrados, as células da camada
média, conhecidas como bipolares, processam informações dos fotorreceptores e
transmitem os resultados para os neurônios de saída, cujos sinais viajam até o
cérebro para interpretação. Mas a retina de duas camadas do peixe-bruxa carece
de células bipolares intermediárias, ou seja, os fotorreceptores conectam-se
diretamente com os neurônios de saída. Nesse sentido, o sistema nervoso da
retina do peixe-bruxa assemelha-se ao da glândula pineal − pequeno corpo
secretor de hormonas do cérebro de vertebrados. A glândula pineal modula o
ritmo circadiano e, nos vertebrados não mamíferos, contém células
fotorreceptoras que se conectam diretamente com os neurônios de saída, sem
células intermediárias; em mamíferos, essas células perderam a capacidade de
detectar luz.
Em 2007, parcialmente fundamentados por esse paralelo com a glândula pineal,
os meus colaboradores e eu propusemos que o olho do peixe-bruxa não está envolvido
na visão, mas fornece informações à parte do cérebro do animal que regula o
essencial ritmo circadiano, além de atividades sazonais como alimentação e
reprodução. Assim, talvez, o olho ancestral dos protovertebrados que viveram
entre 550 milhões ou 500 milhões de anos, primeiro serviu como um órgão não
visual, e só mais tarde o poder de processamento neural e os componentes
ópticos e motores necessários
para a visão espacial evoluíram.
Estudos de desenvolvimento embriológico do olho dos vertebrados apoiam essa
hipótese. Quando a lampreia está na fase larval, vive em leito de riachos e é
cega. Nesse estágio de vida, o olho assemelha-se ao do peixe-bruxa, com
estrutura simples, soba pele. Quando a larva sofre metamorfose, o olho
rudimentar cresce substancialmente, desenvolve uma retina de três camadas,
cristalino, córnea e músculos de apoio. Depois, o órgão emerge na superfície
como o olho tipo câmera dos vertebrados mandibulados. Muitos aspectos do
desenvolvimento de um indivíduo espelham eventos que ocorreram durante a
evolução de seus antepassados, assim podemos, com cautela, usar o
desenvolvimento do olho da lampreia para relatar a nossa reconstrução de como o
olho evoluiu.
|
|
Cicatrizes da Evolução - O olho dos vertebrados, longe
de ser concebido de forma inteligente, contém inúmeros defeitos que atestam a
sua origem evolutiva. Entre os defeitos que degradam a qualidade da imagem,
estão uma retina invertida, que força a luz a atravessar corpos celulares e
fibras nervosas antes de atingir os fotorreceptores 1 ; vasos sanguíneos que
se espalham pela superfície interna da retina, provocando sombras indesejadas
2 ; fibras nervosas que se juntam, projetam-se numa abertura única na retina
e viram o nervo óptico, criando um ponto cego 3 .
|
O
sistema ocular dos mamíferos também apresenta indícios intrigantes de sua
origem evolutiva durante o desenvolvimento embrionário. Benjamin E. Reese e
seus colaboradores da University of California em Santa Barbara constataram que
os circuitos da retina de mamíferos começam um pouco como o dos peixes-bruxa, ,
com os fotorreceptores conectando-se diretamente com os neurônios de saída.
Então, em um período de semanas, as células bipolares amadurecem e se inserem
entre os fotorreceptores e os neurônios de saída. Essa sequência é exatamente o
padrão de desenvolvimento esperado para confirmar se a retina de vertebrados
evoluiu de um órgão de duas camadas, acrescentando poder de processamento e
componentes de formação de imagens. Portanto, parece perfeitamente plausível
que esse estágio inicial e simples de desenvolvimento representa o resquício de
um período de evolução anterior à criação do circuito de células bipolares na
retina e antes do surgimento do cristalino, córnea e músculos .
ASCENSÃO DOS RECEPTORES
enquanto estudávamos o desenvolvimento das três camadas da retina, surgiu outra
questão relativa à evolução do olho. As células fotorreceptoras em todo o reino
animal se distribuem em duas categorias distintas: rabdoméricas e ciliares. Até
recentemente, muitos cientistas acreditavam que os invertebrados usavam as
rabdoméricas, enquanto vertebrados usavam as ciliares, mas, na verdade, a
questão é mais complexa. Na grande maioria dos organismos, os fotorreceptores
ciliares são responsáveis pela detecção de luz para fins não visuais, como
regular o ritmo circadiano, por exemplo. Em contraste, os receptores
rabdoméricos detectam a luz com o propósito explícito de permitir a visão.
Tanto os olhos compostos dos artrópodes quanto os olhos tipo câmera dos
moluscos – como os do polvo, que evoluíram de forma independente dos olhos tipo
câmera dos vertebrados – usam fotorreceptores rabdoméricos. Mas o olho dos
vertebrados usa fotorreceptores ciliares para detectar a luz para a visão.
Em 2003, Detlev Arendt, do Laboratório Europeu de Biologia Molecular em
Heidelberg, na Alemanha, relatou evidências de que o nosso olho ainda retém
descendentes dos fotorreceptores rabdoméricos, que foram modificados para
formar os neurônios de saída que enviam informações da retina para o cérebro.
Essa descoberta indica que a nossa retina contém os descendentes das duas
classes de fotorreceptores: as ciliares, originalmente fotorreceptoras, e as
rabdoméricas, transformadas em neurônios de saída. A evolução funciona
exatamente assim, pressionando uma estrutura existente para um novo propósito;
a descoberta de que os fotorreceptoras ciliares e rabdoméricos desempenham
papéis diferentes em nosso olho em comparação com os olhos de invertebrados
acrescenta ainda mais peso à evidência de que o olho dos vertebrados foi
construído num processo natural.
Para tentar entender por que os fotorreceptores ciliares triunfaram como
sensores de luz na retina de vertebrados, enquanto a classe rabdomérica evoluiu
para neurônios de projeção, analisei as propriedades de seus respectivos
pigmentos sensíveis à luz, as rodopsinas, assim denominadas devido à molécula
da proteína opsina que contêm. Em 2004, Yoshinori Shichida e seus colegas da
Universidade de Kyoto, no Japão, mostraram que bem no início da evolução dos
pigmentos visuais de vertebrados, ocorreu uma mudança que tornou a forma do
pigmento ativada pela luz mais estável e, portanto, mais ativa. Postulei que
essa mudança também bloqueou a rota de reconversão da rodopsina ativada de
volta à sua forma inativa, que no caso de rodopsinas rabdoméricas requer a
absorção de um segundo fóton de luz; basicamente, uma via bioquímica foi
necessária para recolocar a molécula em alerta para o sinal de luz. Assim que
esses dois elementos foram colocados na devida proporção, eu supus que os
fotorreceptores ciliares tiveram uma vantagem distinta sobre os fotorreceptores
rabdoméricos em ambientes como o oceano profundo, onde os níveis de luz são
muito baixos. Então, alguns cordados primitivos (ancestrais dos vertebrados)
podem ter conseguido colonizar nichos ecológicos inacessíveis a animais que
dependiam de fotorreceptores rabdoméricos – não porque a opsina ciliar
melhorada garantia mais visão, mas por propiciar um modo melhorado de sentir a
luz, permitindo que os relógios sazonais e circadianos tenham noção de tempo.
Para esses cordados primitivos, habitantes de reinos mais escuros, os
fotorreceptores rabdoméricos menos sensíveis e que dispunham, junto com os
ciliares, teriam sido virtualmente inúteis e assim estariam livres para assumir
um novo papel: de neurônios transmissores de sinais ao cérebro.
NASCE UM
OLHO
Agora que os meus colegas e eu tínhamos ideia de como os componentes da retina
dos vertebrados se originaram, quisemos entender como, há cerca de 500 milhões
de anos, o olho evoluiu de um órgão sensor de luz não visual para esse que
forma imagens. Novamente encontramos indícios em embriões em desenvolvimento.
No início do desenvolvimento, a estrutura neural que dá origem ao olho se
projeta em um dos lados formando dois sacos ou vesículas. Depois, as vesículas se
dobram, formando uma retina em forma de C que reveste o interior do olho.
Provavelmente a evolução prosseguiu de forma bem semelhante. Nossa hipótese é
que um proto-olho deste tipo – com uma retina em forma de C, de duas camadas,
composta de fotorreceptores ciliares no exterior e neurônios de saída oriundos
de fotorreceptores rabdoméricos no interior – evoluiu em um ancestral de
vertebrados entre 550 e 500 milhões de anos. Ele serviu como propulsor de um
relógio interno, e talvez para ajudá-lo a detectar sombras orientar o organismo
de modo apropriado.
Na etapa seguinte do desenvolvimento embrionário, enquanto a retina dobra-se
para o interior, forma-se o cristalino, oriundo de um espessamento da
superfície externa do embrião, ou ectoderma, que protrai no espaço curvo vazio
formado pela retina em forma de C. Por fim, essa protrusão se separa do resto
do ectoderma, tornando-se um elemento de livre flutuação. Parece provável que
uma sequência de transformações muito semelhantes ocorreu
durante a evolução. Não sabemos exatamente quando aconteceu, mas em 1994,
cientistas da Universidade de Lund, na Suécia, mostraram que os componentes
ópticos do olho podem ter evoluído facilmente em 1 milhão de anos.
Com o surgimento do cristalino para captar a luz e focar imagens, a capacidade
de o olho coletar informações melhorou muito. Esse progresso teria criado
pressões seletivas favorecendo o surgimento de processamento de sinal melhorado
na retina além do que a simples ligação de fotorreceptores para neurônios de saída
oferecia. A evolução satisfez essa necessidade, modificando o processo de
maturação das células para que algumas células em desenvolvimento em vez de
formar fotorreceptores ciliares se tornassem células bipolares da retina que se
inserem entre a camada de fotorreceptores e a de neurônios de saída. É por isso
que as células bipolares da retina são tão semelhantes aos bastonetes e cones,
embora não tenham rodopsina e recebam a entrada não da luz, mas da substância
química liberada pelos fotorreceptores.
Embora os olhos tipo câmera proporcionem um amplo campo de visão (basicamente
em torno de 180 graus), na prática nosso cérebro consegue processar apenas uma
fração da informação disponível a qualquer momento devido ao número limitado de
fibras nervosas que ligam o olho ao cérebro. Sem dúvida, os olhos tipo câmera
primitivos enfrentaram uma limitação ainda mais séria, pois se supõe que
tivessem ainda menos fibras nervosas. Assim, houve pressão seletiva
considerável para a evolução dos músculos para movimentarem os olhos. Esses
músculos deviam existir há 500 milhões de anos, porque a estrutura deles na
lampreia, cuja linhagem remonta a essa época, é quase idêntica à dos
vertebrados mandibulados , inclusive nós, seres humanos. Para todos os aspectos
engenhosos da evolução ocorridas dentro do olho dos vertebrados, há vários
caracteres decididamente deselegantes.
Por exemplo, a retina está invertida, então a luz tem de passar por toda a sua
espessura, através das fibras nervosas intermediárias e corpos celulares que
dispersam a luz e degradam a qualidade da imagem, antes de atingir os
fotorreceptores sensíveis à luz. Os vasos sanguíneos também cobrem a superfície
interna da retina e lançam sombras indesejáveis na camada de fotorreceptores. A
retina tem um ponto cego onde fibras nervosas que passam por toda a sua
superfície se reúnem antes de canalizar pela retina e surgir por trás dela como
nervo óptico. (…)”
Vêem? Não é assim tão difícil,
criacionistas.
Ligação externa (para ler o
artigo completo):
