As medusas são mais avançadas do que as pessoas pensam. Um novo estudo da Universidade de Copenhague mostra que, apesar de terem apenas mil células nervosas e nenhum cérebro central, a capacidade de aprendizagem da água-viva caribenha é muito mais complexa do que se imaginava. Esta descoberta altera a nossa compreensão fundamental do cérebro e pode esclarecer-nos sobre os nossos misteriosos cérebros.
Depois de mais de 500 milhões de anos na Terra, não há dúvidas sobre o grande sucesso evolutivo das águas-vivas. Apesar disso, sempre pensamos neles como criaturas simples, com capacidades de aprendizagem muito limitadas.
Acredita-se geralmente que quanto mais desenvolvido for o sistema nervoso de um animal, maior será a sua capacidade de aprendizagem. Acredita-se que as águas-vivas e seus parentes (conhecidos coletivamente como cnidários) sejam os primeiros animais vivos a ter sistemas nervosos, que são bastante simples e não possuem cérebro central.
Há mais de uma década, o neurobiólogo Anders Garm estuda águas-vivas-caixa, um grupo de águas-vivas conhecidas por serem algumas das criaturas mais venenosas do mundo. Mas essas águas-vivas mortais são interessantes por outro motivo: acontece que elas não são tão simples como se pensava. Isso abala nossa compreensão dos sistemas nervosos simples.
"Antigamente, pensava-se que as águas-vivas só conseguiam realizar a aprendizagem mais simples, incluindo a aprendizagem por habituação - a capacidade de se habituarem a um determinado estímulo, como um som contínuo ou um toque contínuo. Agora, descobrimos que as capacidades de aprendizagem das águas-vivas são muito mais refinadas e elas podem realmente aprender com os seus erros." Anders Garm, professor associado do Departamento de Biologia da Universidade de Copenhague.
Uma das propriedades mais avançadas do sistema nervoso é a sua capacidade de mudar o comportamento com base na experiência – memória e aprendizagem. Uma equipe de pesquisa liderada por Jan Bielecki e Anders Garm, da Universidade de Kiel, decidiu testar essa capacidade em águas-vivas. As descobertas acabam de ser publicadas na revista Current Biology.
A água-viva caixa é uma das águas-vivas mais venenosas do mundo. Eles usam seu veneno para capturar peixes e camarões grandes. A água-viva caixa (Tripedaliacystophora) tem veneno suave e se alimenta de pequenos copépodes.
As águas-vivas não têm um cérebro centralizado como a maioria dos animais. Em vez disso, eles têm quatro estruturas paralelas semelhantes ao cérebro, com cerca de mil células nervosas em cada uma. O cérebro humano possui aproximadamente 100 bilhões de células nervosas.
A água-viva caixa tem vinte e quatro olhos espalhados por quatro estruturas semelhantes ao cérebro. Alguns desses olhos podem formar imagens, dando às águas-vivas uma visão mais sofisticada do que outros tipos de águas-vivas.
Para encontrar o caminho através dos manguezais sombrios, Tripedaliacystophora usa seus quatro olhos para olhar através da água e usa a copa do mangue para navegar.
Tripedaliacystophora é uma das menores espécies de água-viva de caixa, com diâmetro corporal de apenas cerca de um centímetro. Vive no Caribe e no Indo-Pacífico central.
Ao contrário de muitas espécies de águas-vivas, a água-viva macho de Tripedaliacystophora usa seus tentáculos para capturar a fêmea durante o acasalamento. Os óvulos da fêmea são então fertilizados no sistema intestinal, onde se desenvolvem em larvas.
Os cientistas estudaram a água-viva caribenha (Tripedaliacystophora), uma água-viva do tamanho de uma unha que vive nos manguezais caribenhos. Aqui, eles usam seu poderoso sistema visual, que inclui 24 olhos, para caçar pequenos copépodes nas raízes dos manguezais. Embora as redes para raízes de árvores sejam um ótimo lugar para caçar, elas também podem ser um local perigoso para águas-vivas moluscos.
Assim, quando as águas-vivas se aproximam das raízes de uma floresta de mangue, elas se viram e nadam para longe. Se virarem muito rápido, não terão tempo suficiente para pegar o copépode. Mas se virarem tarde demais, correm o risco de serem atingidos e danificarem a gelatina. Portanto, avaliar a distância é crucial para eles. Os pesquisadores descobriram que o contraste é fundamental:
“Nossos experimentos mostram que as águas-vivas usam o contraste, a profundidade de suas raízes em relação à superfície da água, para avaliar a distância até as raízes, permitindo-lhes nadar no momento certo. O que é ainda mais interessante é que a relação entre distância e contraste muda todos os dias devido à ação da chuva, algas e ondas”, continua Anders-Gam: “Podemos ver que a cada dia que uma nova caçada começa, as águas-vivas de caixa aprendem o contraste atual combinando impressões visuais com as sensações de movimentos de evitação fracassados. embora tenham pouco mais de mil células nervosas (nosso cérebro tem cerca de cem bilhões de células nervosas), eles podem conectar a convergência temporal de várias impressões e aprender as conexões – o que chamamos de aprendizagem associativa, na verdade, aproximadamente na mesma velocidade que animais avançados, como moscas-das-frutas e ratos.”
Novos resultados de pesquisa quebram a compreensão científica anterior sobre animais com sistemas nervosos simples:
"Esta é uma grande notícia para a neurociência básica. Fornece uma nova perspectiva sobre o que sistemas nervosos simples podem fazer", disse Anders-Gam. “Isto sugere que a aprendizagem avançada pode ter sido uma das vantagens evolutivas mais importantes dos sistemas nervosos desde o início”.
As águas-vivas caribenhas vivem e se alimentam debaixo d'água nas raízes dos manguezais. Fonte da imagem: Anders Gramm
Os pesquisadores replicaram as condições dos manguezais em laboratório, colocando as águas-vivas em uma arena comportamental. Aqui, os pesquisadores manipularam o comportamento das águas-vivas variando condições contrastantes para ver que efeito isso tinha no seu comportamento.
Eles aprenderam que as águas-vivas aprendem através de fugas fracassadas. Ou seja, eles aprendem interpretando mal o contraste e esbarrando nas raízes das árvores. Aqui, eles aprendem quando virar, combinando a impressão visual de bater na raiz de uma árvore com o impacto mecânico.
“Nossos experimentos comportamentais demonstram que três a cinco manobras evasivas fracassadas são suficientes para mudar o comportamento das águas-vivas, de modo que elas não atinjam mais as raízes das árvores. Curiosamente, esta é aproximadamente a mesma taxa de repetição necessária para o aprendizado em moscas-das-frutas ou ratos”, diz Anders-Gam.
Experimentos de eletrofisiologia e condicionamento clássico validaram ainda mais esse método de aprendizagem e também mostraram onde ocorre o aprendizado no sistema nervoso da água-viva.
Os cientistas também mostraram onde ocorre o aprendizado nas águas-vivas. Isto proporciona-lhes agora uma oportunidade única de estudar as mudanças precisas que ocorrem nas células nervosas à medida que participam na aprendizagem avançada.
"Esperamos que este se torne um sistema supermodelo para estudar os processos celulares de aprendizagem avançada em vários animais. Agora estamos tentando determinar exatamente quais células estão envolvidas na aprendizagem e na formação da memória", disse Anders-Gam. “Dessa forma, podemos nos aprofundar nas mudanças estruturais e fisiológicas que ocorrem nas células durante o processo de aprendizagem”.
Se a equipa de investigação conseguir identificar o mecanismo exato pelo qual as medusas estão envolvidas na aprendizagem, o próximo passo será descobrir se este mecanismo é específico das medusas ou se é encontrado em todos os animais.
“Em última análise, procuraremos o mesmo mecanismo em outros animais para ver se é assim que a memória em geral funciona”, disseram os pesquisadores.
Anders-Gam acredita que este conhecimento inovador poderia ser usado para uma variedade de propósitos: "Compreender algo tão misterioso e extremamente complexo como o cérebro é em si uma coisa muito notável. Mas também tem muitas possibilidades úteis inimagináveis. Um grande problema para o futuro serão, sem dúvida, as várias formas de demência. Não estou afirmando que encontramos uma cura para a demência, mas se pudermos entender melhor o que é a memória, que é um problema central na demência, poderemos ser capazes de lançar as bases para uma melhor compreensão da doença e talvez combatê-la."
A pesquisa será publicada hoje (22 de setembro) na revista científica Current Biology.