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O que as esponjas podem nos dizer sobre a evolução do cérebro
Hoje, apenas as espécies animais mais primitivas, como as esponjas aquáticas, não têm cérebro. Paradoxalmente, essas espécies podem ser a chave para desvendar o mistério de como os neurônios e os cérebros evoluíram pela primeira vez.
Por Laboratório Europeu de Biologia Molecular - 04/11/2021


A célula neuroide esponja (laranja) estende os braços que envolvem o aparelho de alimentação de uma célula digestiva esponja (verde) para criar um link para comunicação direcionada. A imagem foi obtida em microscopia eletrônica. Crédito: Jacob Musser, Giulia Mizzon, Constantin Pape, Nicole Schieber / EMBL

Apesar de sua importância central, as origens do cérebro ainda não foram descobertas. Os primeiros cérebros de animais surgiram há centenas de milhões de anos. Hoje, apenas as espécies animais mais primitivas, como as esponjas aquáticas, não têm cérebro. Paradoxalmente, essas espécies podem ser a chave para desvendar o mistério de como os neurônios e os cérebros evoluíram pela primeira vez.

Neurônios individuais em um cérebro se comunicam por meio de sinapses. Essas conexões entre as células estão no cerne da função cerebral e são reguladas por vários genes diferentes. As esponjas não têm essas sinapses, mas seu genoma ainda codifica muitos dos genes sinápticos. Os cientistas do EMBL perguntaram por que esse poderia ser o caso. Suas últimas descobertas foram publicadas hoje na revista Science .

"Sabemos que esses genes sinápticos estão envolvidos na função neuronal em animais superiores . Encontrá-los em espécies primitivas como esponjas levanta a questão: se esses animais não têm cérebros, qual é o papel desses genes?" disse Detlev Arendt, líder do grupo EMBL e cientista sênior da EMBL Heidelberg. "Por mais simples que pareça, responder a essa pergunta estava além de nossas habilidades tecnológicas até agora."

Para estudar o papel desses genes sinápticos em esponjas, o laboratório Arendt estabeleceu tecnologias microfluídicas e genômicas na esponja de água doce Spongilla lacustris. Usando essas técnicas, os cientistas capturaram células individuais de várias esponjas dentro de gotículas microfluídicas e, em seguida, traçaram o perfil da atividade genética de cada célula.

"Nós mostramos que certas células nas câmaras digestivas da esponja ativam os genes sinápticos. Portanto, mesmo em um animal primitivo sem sinapses, os genes sinápticos são ativos em partes específicas de seu corpo", disse Jacob Musser, cientista pesquisador do grupo Arendt e líder autor do estudo.

As esponjas usam suas câmaras digestivas para filtrar os alimentos da água e interagir com os micróbios ambientais. Para entender o que as células que expressam genes sinápticos fazem, o grupo Arendt juntou forças com seis equipes EMBL, bem como colaboradores na Europa e em todo o mundo. Trabalhando com as instalações do núcleo de microscopia eletrônica da EMBL, a equipe de Yannick Schwab e o grupo de Thomas Schneider operando linhas de luz síncrotron na EMBL Hamburgo, os pesquisadores desenvolveram uma nova abordagem de imagem correlativa. "Ao combinar microscopia eletrônica com imagem de raios-X em uma linha de luz síncrotron, fomos capazes de visualizar o comportamento atordoante dessas células", explicou o Dr. Schwab.

Os cientistas capturaram instantâneos tridimensionais de células rastejando pela câmara digestiva para limpar invasores bacterianos e enviar longos braços que envolvem o aparelho de alimentação de células digestivas específicas. Esse comportamento cria uma interface para a comunicação célula-célula-alvo, como também acontece nas sinapses entre células neuronais em nossos cérebros.

"Nossos resultados apontam para as células que regulam a alimentação e controlam o ambiente microbiano como possíveis precursores evolutivos para os primeiros cérebros de animais", disse o Dr. Musser.

 

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