Peixes nas profundezas marinhas evoluíram super-visão

Enquanto que os olhos de peixes vivendo na escuridão das cavernas foi perdendo suas funções durante a evolução de outros fenótipos de orientação espacial, certas espécies de peixes na escuridão das profundezas dos mares experienciaram um extraordinário aumento no número de genes que codificam rodopsinas, proteínas retinais (fotopigmentos) que detectam tênue luz. Essa super-visão noturna, descrita em um estudo publicado ontem na Science (1), provavelmente possibilita que esses peixes enxerguem toda a diversidade de sinais luminosos emitidos por seres bioluminescentes típicos dessas regiões.

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A visão colorida (multi-cromática) nos vertebrados é normalmente alcançada através da interação de vários fotopigmentos nas células do cone na retina (opsinas visuais ligadas a um cromóforo derivado da vitamina A), os quais ativam uma cascata de foto-transdução até o processamento da imagem no cérebro. Cada um desses fotopigmentos reagem a um certo comprimento de luz e, nos humanos, por exemplo, os comprimentos de onda capazes de serem detectados pela visão são o vermelho, o verde e o azul, todos compreendidos no espectro visível das radiações eletromagnéticas. Porém, até onde sabíamos, a visão colorida só é possível durante o dia (condições fotópicas), através de múltiplas opsinas nos cones da retina (5 tipos, 4 deles primariamente encontrados no cone). À noite, os vertebrados detectam os relativamente escassos fótons de luz com suas células do bastonete muito sensíveis, as quais contêm apenas um único tipo de pigmento fotorreceptor, a rodopsina [rodopsina 1 (RH1)], a qual, conjugada a um cromóforo, fornece somente visão monocromática no período noturno (na ausência de luzes artificiais). Isso explica o porquê de quase todos os vertebrados serem cegos às cores à noite.

Agora, um grupo internacional de cientistas, liderados pelo Professor Walter Salzburger da Universidade de Basel, analisando 101 genomas pertencentes a diversas espécies de peixes teleósteos, revelou que certos peixes das profundezas dos mares têm o repertório de genes que codificam a rodopsina (alelos RH1) notavelmente expandidos. Uma das espécies, o Diretmus argenteus, mostrou carregar, no mínimo, 38 cópias do gene da rodopsina, além de duas outras opsinas do cone, e é, de longe, o vertebrado com o maior número de genes para esse fotopigmento já descrito.

Foram 13 espécies identificadas com mais de uma cópia do gene RH1. Notavelmente, quatro espécies das profundezas marinhas de três distintos clados possuíam cinco ou mais RH1s: Benthosema glaciale, com 5 RH1s; Stylephorus chordatus, com 6 RH1s; Diretmoides pauciradiatus, com 18 RH1s; e o já mencionado D. argenteus, com 38 cópias. Em todos esses casos, as expansões genéticas ocorreram via duplicações de genes únicos ao invés de duplicações genômicas inteiras (2). E o D. argenteus mostrou expressar até 14 das versões RH1.

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(2) Leitura recomendada: Como nova informação genética é gerada durante o processo evolutivo?
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Através de simulações computacionais e experimentos funcionais em proteínas rodopsinas regeneradas em laboratório, os pesquisadores encontraram que várias diferentes cópias (alelos) do gene RH1 descobertas se adaptaram, cada uma, a detectarem um certo tipo de comprimento de luz. Aliás, os genes cobrem exatamente o espectro de comprimentos de onda emitidos por órgãos bioluminescentes típicos dos organismos que vivem nas profundezas dos mares, como aqueles da subordem Ceratioidei (3). Somando-se a isso, 24 distintas mutações foram detectadas nesses genes entre diferentes espécies da família Diretmidae, indicando que os sistemas múltiplos de rodopsinas evoluíram de forma independente nas diferentes linhagens de peixes. Os pesquisadores inferiram que o ancestral da família Diretmidae possuíam um fotopigmento RH1 com absorção máxima em ~472 nm; um subsequente evento de duplicação levou a duas novas versões de RH1 que divergiram rapidamente na sensibilidade espectral (máximos de ~457 e 482 nm), dando origem aos outros RH1s.

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(3) Leitura recomendada: Flagrada transição evolutiva caracterizando um novo tipo de simbiose
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Outras adaptações no sistema visual dos peixes teleósteos vivendo nas profundezas já eram conhecidas para a detecção dos sinais bioluminescentes, como olhos ou pupilas maiores, tapeta reflexiva, estruturas tubulares extremamente modificadas, entre outras modificações oculares, especialmente na retina. Mas é a primeira vez que processos evolutivos tão profundos foram detectados nos fotopigmentos dos fotorreceptores da retina. O D. argenteus, aliás, já possuía algumas das adaptações conhecidas, as quais, aliadas ao seu rico arsenal de rodopsinas, o tornam um peixe, literalmente, com super-visão noturna, capaz provavelmente de enxergar com cores e bem nitidamente na escuridão do fundo dos oceanos. Os peixes com um espectro turbinado de rodopsinas podem ter o sistema de bastonetes como principal sistema visual, possibilitando distinguir com mais facilidade presas e predadores, por exemplo, com base em sutis variações de bioluminescência (uma forma de visão colorida).

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Em relação às opsinas visuais do cone, os pesquisadores detectaram uma média de 7 tipos de genes codificantes dessa proteína nos peixes teleósteos, um número elevado em comparação com outros grupos de vertebrados e atribuído, principalmente, à expansão dos genes SWS2 e RH2. Esses dois genes são sensíveis a mais prevalente parte azul-verde do espectro aquático de luz. Setenta e oito espécies tinham mais de uma cópia do RH2, e 53 espécies tinham, no mínimo, uma versão (alelo) extra do SWS2. A maioria das espécies mostraram expressar apenas até 4 tipos de opsinas, mas algumas possuíam transcritos para 5 a 7 tipos. Foram detectadas também perdas genéticas, afetando opsinas sensíveis aos limites do espectro visível de luz, como o SWSI e o LWS.


Publicação do estudo: Science