Tubarão-martelo é o único peixe conhecido que prende a respiração durante mergulhos, revela estudo

Figura 1. Tubarão-martelo da espécie Sphyrna lewini na costa de Kona, na Ilha Grande do Havaí.

Vários peixes e mamíferos marinhos são conhecidos de mergulhar a partir da superfície mais quente do mar para águas mais profundas durante atividade de caça. Porém, para peixes ectotérmicos ("sangue frio"), como tubarões, isso se torna um problema por causa das baixíssimas temperaturas em águas mais profundas, frequentemente pouco acima de 0°C. Em um estudo publicado na Science (Ref.1), pesquisadores descobriram que uma espécie de tubarão-martelo - um clado hoje seriamente ameaçada de extinção (1) - evoluiu uma estratégia inusitada para mergulhos profundos: esses peixes bloqueiam o fluxo de água oxigenada para as brânquias, ou seja, basicamente prendem a respiração.

(1) Leitura recomendada: Sopa de barbatanas e injusta má fama estão dizimando os tubarões

"Essa foi uma completa surpresa!," disse em entrevista o Dr. Mark Royer, o autor principal do estudo e pesquisador no Instituto de Biologia Marinha da Universidade do Havaí, em Mañoa (Ref.2). "Foi completamente inesperado descobrir que tubarões prendem a respiração para caçar como um mamífero marinho. É um comportamento extraordinário de um animal incrível."

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À medida que peixes se movem de águas quentes para águas frias, calor metabólico gerado no tecido muscular é dramaticamente perdido através do sangue e rapidamente dissipado no ambiente a partir das brânquias (ou guelras) - órgãos de respiração dos peixes com alta superfície de contato e alta irrigação por vasos sanguíneos, responsável por assimilar oxigênio molecular dissolvido na água (Fig.2). Peixes regionalmente endotérmicos (aqueles que aquecem parte não tão todo o corpo), como tubarões da família Lamminidae - ex.: tubarão-branco (Carcharodon carcharias) - e os atuns (Scombridae), evoluíram sistemas vasculares especializados de troca de calor nas brânquias que freiam dramaticamente a perda de calor. Já peixes como o enorme tubarão-baleia (Rhincodon typus) são capazes de conservar grande parte de energia térmica corporal por simples questão de gigantismo. Porém, a maioria dos peixes, incluindo o tubarão-martelo-recortado (Sphyrna lewini) são animais ectodérmicos que não exibem tais adaptações morfológicas e/ou vasculares para ativamente conservarem calor.

Figura 2. Tubarão da espécie Sphyrna lewini, com destaque para as brânquias (seta). Os peixes respiram por meio de brânquias. Na sua expressão mais simples, uma brânquia não é mais do que uma pele modificada, muito permeável, recobrindo um tecido ricamente vascularizado. Os gases podem atravessar com facilidade o epitélio das brânquias e a parede dos capilares que as irrigam. A água entra pela boca e sai pelas fendas em que se encontram as brânquias. Essas fendas branquiais podem ou não ser protegidas por um opérculo. Havendo este, os movimentos respiratórios podem ser notados com facilidade. O peixe respira o oxigênio que se acha dissolvido na água e elimina o gás carbônico.

Figura 3. Um tubarão-martelo-recortado juvenil com sua boca e brânquias abertas, próximo de águas superficiais no Havaí.

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> Os tubarões-martelos constituem a família Sphyrnidae, a qual por sua vez é composta por dois gêneros: Sphyrna e Eusphyra. A maioria das oito espécies viventes estão no gênero Sphyrna enquanto uma única espécie representa o gênero Eusphyra (E. blochii). Os tubarões-martelo são caracterizados por uma expansão lateral conspícua da cabeça, formando uma estrutura conhecida como cefalofólio - onde os olhos estão situados distalmente na parte final de cada lateral. (!) A largura do cefalofólio dos tubarões-martelo varia de 18% a 50% do comprimento total do corpo - que por sua vez pode variar de 1 a 6 m - dependendo da espécie.

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Tubarões-martelo da espécie S. lewini habitam superfícies quentes em oceanos tropicais mas realizam múltiplos mergulhos em profundidades excedendo 800 metros, onde temperaturas são tão baixas quanto 5°C. Esses mergulhos fornecem acesso a presas mesopelágicas e batipelágicas de lenta movimentação que dominam suas dietas (ex.: lulas). Porém, tais mergulhos são arriscados porque acentuado resfriamento corporal através das brânquias - que agem como verdadeiros radiadores nesses animais - pode reduzir a acuidade visual, função cardíaca e força muscular de nado, este último fator podendo ter sérias implicações para ventiladores ram obrigatórios - peixes que dependem do movimento para frente no sentido de forçar água para suas brânquias e permitir respiração efetiva -, como tubarões-martelo.

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Para investigar como os tubarões-martelo-recortados são capazes de realizar tais mergulhos em águas tão frígidas, pesquisadores equiparam espécimes adultos com instrumentos que medem profundidade, temperatura ambiente da água, taxas de atividade, orientação corporal e temperatura muscular central - nesse último caso com um termistor inserido ~8 cm na musculatura dorsal próxima da nadadeira dorsal. No total, foram três adultos da espécie (S. lewini), monitorados em uma região costeira no Havaí.

Os resultados do monitoramento mostraram que no fundo dos mergulhos, tubarões experienciavam temperaturas ambientes de 5° a 11°C, e média de ~6,8°C. Portanto, durante as fases de rápida descida do mergulho, os tubarões experienciavam cerca de 20°C de queda na temperatura ambiente e ao longo de um período de 5 a 7 minutos de permanência no fundo realizando a atividade de caça. No entanto, para a surpresa dos pesquisadores, a temperatura corporal dos tubarões não exibiu apreciáveis mudanças até um rápido resfriamento à medida que esses animais se aproximavam da superfície marinha durante o estágio final de mergulho.

Durante as rápidas descidas nas águas mais frias, a temperatura corporal dos tubarões inicialmente caía de forma muito leve (-0,1°C), mas então se mantinha ou constante ou sofria um leve aumento (0,1° a 0,25°C) durante o resto da descida e até 4 minutos no fundo. Após esse período e durante a rápida ascensão para a superfície, a temperatura corporal começava a cair lentamente (0.03° ± 0,02°C/min). Próximo do ponto de inflexão da ascensão (profundidade média de 290 metros), a perda de calor aumentava em uma ordem de magnitude para 0.23° ± 0.15°C/min. A temperatura corporal continuava caindo a essa última taxa até a fase final do mergulho, quando os tubarões alcançavam um ponto próximo da superfície - e totalizando uma queda total de temperatura corporal de 2,8°C desde o fundo do mergulho até a camada superficial. Em outras palavras, considerando o tempo total de mergulho, a temperatura desses tubarões variava muito pouco, mesmo sendo peixes ectodérmicos expostos a uma dramática queda na temperatura ambiente.

Análise dos dados acumulados com um modelo computacional apontou que os tubarões-martelo estavam prevenindo a perda de calor através das brânquias para manter a temperatura constante do corpo - e muito acima da temperatura ambiente - durante os mergulhos. Além disso, vídeo [abaixo] de um dos tubarões nadando ao longo do solo marinho a uma profundidade de 1044 metros mostrou que as fendas nas brânquias desses peixes estavam fortemente fechadas, enquanto que imagens nas águas superficiais mostram os tubarões nadando com as fendas das brânquias bem abertas (Fig.4).

Figura 4. Fotos de tubarões-martelo-recortados nadando em águas superficiais e exibindo fendas branquiais notavelmente abertas, e com uma aparência mais "convexa" do que aquela exibida no vídeo acima. Ref.1

Nesse sentido, os pesquisadores concluíram que os tubarões-martelo estavam 'prendendo' a respiração ao fechar as fendas das brânquias ou a boca ou ambos, impedindo perda de calor pelo sangue em contato direto com as águas frias. Evidência limitada das observações em vídeo sugerem que a estratégia é o fechamento ativo das fendas branquiais, mas essa hipótese precisa ser confirmado por trabalhos futuros. À medida que esses tubarões sobem e alcançam águas mais quentes, eles então abrem rapidamente as brânquias ou a boca, retornando a respiração e marcando uma significativa queda na temperatura corporal.

Ao prevenir a perda convectiva de calor nas brânquias, os tubarões-martelo-recortados mantêm as temperaturas muscular e do coração normais, possibilitando a preservação da função cardíaca e da alta performance de caça durante os mergulhos.

(!) Funções do Cefalofólio

Existem três principais hipóteses sobre a função da cabeça tão distinta dos tubarões-martelo.

A primeira hipótese sugere que o cefalofólio fornece vantagens ao aumentar as capacidades olfativas, visual e/ou eletrossensoriais.

Os tubarões-martelo possuem mais poros eletrossensoriais (chamados Ampolas de Lorenzini) do que outros tubarões, pois estão distribuídos por toda a cabeça, que é mais larga. A cabeça mais larga e achatada permite que os tubarões-martelo tenham poros eletrorreceptores mais espaçados, potencialmente possibilitando a detecção de presas em uma área maior.

Em relação à visão, como os olhos do tubarão-martelo estão posicionados nas extremidades do cefalofólio, é possível que isso ajude-os a enxergar melhor do que outros tubarões. Isso poderia ocorrer devido a uma maior sobreposição na visão binocular.

Por fim, o cefalofólio também fornece uma ampla separação entre os órgãos olfatórios, e parece otimizar a função olfativa tanto em termos de resolução espacial quanto de fluxo de água carregando odorantes para dentro das narinas.

Fornece uma ampla separação entre os órgãos olfatórios, e parece otimizar a função olfativa tanto em termos de resolução espacial quanto de fluxo de água carregando odorantes para dentro das narinas. Além disso, o cefalofólio parece também proporcionar vantagens hidrodinâmicas durante o nado em águas rasas ou ambientes marinhos espacialmente complexos; porém, quanto maior e mais larga a cabeça, maior é o benefício sensorial e menor é o benefício hidrodinâmico.

Figura 4. O tubarão-martelo-cabeça-de-flecha (Eusphyra blochii) está em perigo de extinção. Alcança um comprimento corporal de até ~1,9 m.

A segunda hipótese sugere que o cefalofólio pode aumentar a capacidade de dominar as presas, em especial raias que frequentemente estão enterradas sob a areia no solo marinho.

Como é perigoso capturar raias, os tubarões-martelo desenvolveram uma maneira de imobilizá-las com suas cefalofólios até que fiquem traumatizadas e incapacitadas, para que possam se alimentar delas sem serem empalados pelos espinhos da cauda desses peixes.

A terceira hipótese sugere que o cefalofólio aumenta a capacidade de manobra de nado e/ou fornece força de sustentação hidrodinâmica.

Por não possuírem bexiga natatória, os elasmobrânquios (tubarões, raias e arraias) dependem de outros mecanismos para regular a flutuabilidade. Uma suposição antiga (frequentemente apresentada como fato) é que o cefalofólio atua como uma "asa", produzindo forças de sustentação que auxiliam o tubarão a manter sua posição vertical na coluna d'água.

Porém, um estudo de 2020 não encontrou evidência de suporte para essa função de "asa" (Ref.7). Por outro lado, trouxe evidência sugestiva de que o cefalofólio melhora a capacidade de manobra - embora aumente a força de arraste em relação à típica cabeça de outros tubarões -, algo que pode ser importante para a eficácia de caça desses animais.

De fato, um movimento extremo é necessário para os tubarões se alimentarem de presas bentônicas, já que precisam fazer uma curva rápida para longe do fundo do oceano após atacar a presa. Se a curva não for feita com precisão suficiente, o tubarão pode acabar se chocando contra o fundo do mar.

Um estudo mais recente apontou que o formato do cefalofólio reduz o momento do fluido ao diminuir a separação do fluxo de água durante as viradas (Ref.8). O estudo também sugeriu que a presença de um cefalofólio cria um equilíbrio entre a eficiência da nado em linha reta e a capacidade de virar do tubarão.

REFERÊNCIAS