Peixes do fundo do mar vêem cor na escuridão

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 – Os humanos, junto com muitos outros mamíferos, devem se contentar com quatro diferentes proteínas sensíveis à luz nas hastes e cones de nossas retinas. No entanto, as espécies de peixes que vivem no fundo do mar podem ter até 40 proteínas diferentes auxiliando sua visão. Isso significa que eles provavelmente verão algum tipo de cor em que os seres humanos só verão a escuridão como breu.

Cortesia Uio , Por Bjarne Røsjø : Humanos e muitos outros vertebrados têm três diferentes proteínas sensíveis à luz nos chamados cones de nossas retinas e uma outra proteína sensível à luz nas hastes. As proteínas em nossos cones funcionam melhor sob boas condições de luz e nos permitem ver a cor, enquanto as proteínas em nossos bastões funcionam sob condições de luz mais fraca para nos dar uma imagem em preto e branco do nosso entorno. No entanto, alguns peixes do fundo do mar, vivendo em eterna escuridão, estão melhor equipados do que os humanos quando se trata de seu senso de visão.

Pesquisadores da Universidade de Oslo (UiO), juntamente com colegas de vários outros países, lançaram uma luz sobre a visão de 101 espécies de peixes, usando o genoma como ponto de partida. A maioria das espécies tinha apenas uma proteína sensível à luz em suas hastes – assim como os vertebrados. No entanto, 13 deles eram espécies de peixes de profundidade com vários genes e proteínas sensíveis à luz, além disso, um fato que era anteriormente desconhecido.

“Estas proteínas extras são proteínas de membrana que são mais propensas a serem especialmente adaptadas para registrar a luz fraca encontrada no fundo do mar”, diz o professor Kjetill S. Jakobsen no Centro para Síntese Ecológica e Evolutiva (CEES) da UIO.

Ele é um dos autores por trás do artigo científico publicado recentemente na revista americana Science, uma das mais prestigiadas revistas de pesquisa do mundo, juntamente com uma referência ao artigo na capa.

“O arginyus prata spinyfin é o registro, com um total de 38 diferentes proteínas sensíveis à luz nas hastes e duas nos cones. As proteínas nas hastes reagem a diferentes comprimentos de onda, e isso indica que as hastes dão a esse peixe algum tipo de visão de cores. Isto significa que este peixe pode ver a cor usando as hastes que só nos dão visão humana a preto e branco ”, acrescenta Jakobsen.

Uma luz azul fraca

Os peixes de profundidade que foram estudados vivem entre 200 e 1500 metros abaixo da superfície do mar, em um mundo estranho onde a maior parte da luz do dia foi filtrada pelas massas de água. A única luz que chega até essas profundezas é uma luz azulada fraca com comprimentos de onda entre 400 e 500 nanômetros.

No entanto, o mar profundo não é completamente escuro, pois algas, peixes, águas-vivas, etc., que vivem em suas profundezas, emitem sua própria luz – um fenômeno conhecido como bioluminescência. A luz dessas criaturas é tipicamente na faixa de 420 a 520 nanômetros. Em profundidades superiores a cerca de 200 metros – dependendo da qualidade da água – a luz da bioluminescência será mais forte do que a luz fraca que a faz sair da superfície.

A espinha dorsal de prata, juntamente com os outros peixes do fundo do mar que têm vários pigmentos diferentes em suas retinas, provavelmente são capazes de ver tanto a luz do dia de cima como a luz emitida a comprimentos de onda ligeiramente diferentes de diferentes seres vivos.

“Este trabalho começou há vários anos, quando um grupo de pesquisadores do CEES planejou mapear a relação evolutiva entre diferentes espécies de peixes estudando seus genes. Foi através desse projeto que descobrimos, entre outras coisas, que os bacalhaus não têm uma parte central do sistema imunológico. Então começamos a olhar para esses peixes do fundo do mar, porque nos perguntávamos o quanto eles poderiam realmente enxergar na escuridão das profundezas ”, diz Jakobsen.

“Agora descobrimos que 13 espécies de peixes de águas profundas de três diferentes grupos de peixes ósseos têm vários genes anteriormente desconhecidos para nós. Esses genes permitem que os peixes expandam seu repertório de proteínas sensíveis à luz, ou opsinas de bastonetes, que também eram anteriormente desconhecidas. As opsinas da haste reagem a comprimentos de onda ligeiramente diferentes na luz azulada encontrada no fundo do mar e, portanto, acreditamos que os peixes vêem algo comparável à cor ”, explica ele.

Genes encontrados primeiro

Os pesquisadores do CEES não iniciaram sua busca procurando especificamente por pigmentos nas hastes e cones de peixes de águas profundas: em vez disso, começaram por investigar todos os genes no genoma de peixes do fundo do mar. Foi assim que descobriram uma série de genes que continham “receitas” para muitos pigmentos sensíveis à luz. Mais especificamente, esses genes tinham variações em um segmento de DNA especial que regula a cor / comprimento de onda a que as proteínas são sensíveis.

“Mas não foi suficiente para mostrar que os peixes tinham muitos genes diferentes, porque os genes podem estar no genoma sem serem expressos. É por isso que pegamos os genes reais e colocá-los em bactérias, que começaram a sintetizar as diferentes proteínas. E então investigamos quais comprimentos de onda as proteínas absorveram ”, diz Jakobsen.

O spinyfinptmus argusus prata é o recordista indiscutível quando se trata de pigmentos que absorvem luz, mas os pesquisadores também descobriram várias outras espécies que estavam bem equipadas com opsinas de bastão.

“O peixe-lanterna glaciar Benthosema glaciale tem cinco opções de barras diferentes, enquanto o estranho tubo-olho Stylephorus chordatus tem seis tipos diferentes. Também investigamos alguns parentes do detentor do recorde e encontramos até 14 rods opsins ”, diz Martin Malmstrøm.

Malmstrøm foi um pós-doutorado e um cientista chave no trabalho para identificar os genes que os pesquisadores mais tarde focarão. Ele é agora um líder de projeto no Comitê Científico Norueguês para Alimentos e Meio Ambiente.

O professor Jakobsen ressalta que os pesquisadores não podem ter certeza de que os peixes vêem a cor no mar profundo.

“Só poderíamos dizer isso com absoluta certeza se ligássemos os eletrodos no cérebro desses peixes e analisássemos suas ondas cerebrais enquanto eles nadassem. É duvidoso que isso possa ser feito. Ainda assim, estamos bastante certos de que tanto os genes quanto as variantes da haste opsina estão ativos. Se o peixe não recebesse nenhum benefício prático da capacidade de ver cores de diferentes comprimentos de onda, provavelmente teria perdido a capacidade de fazê-lo com o tempo ”, analisa Jakobsen.

Uma duplicação de genes

As novas análises mostram que as variantes genéticas dos peixes de profundidade resultaram de uma série de duplicações genéticas que podem ter começado há cerca de 50 milhões de anos. Tais duplicações podem ocorrer espontaneamente na natureza, e o ancestral dos peixes de águas profundas provavelmente possui um gene para a produção de bastonetes. Duplicação significa que uma área de DNA é duplicada e, dessa maneira, a prole pode repentinamente ter duas versões do mesmo gene. Esses genes podem então mudar – sofrer mutações – independentes um do outro, e dessa forma os peixes podem ter opsinas de bastonetes que reagem a freqüências de luz ligeiramente diferentes.

“Sabemos desde antes que, quando um gene é duplicado, é mais fácil que ocorram duplicações adicionais. É por isso que normalmente não encontramos apenas duas cópias do mesmo gene quando analisamos as espécies. É mais comum encontrar várias cópias ”, destaca o pós-doutorado Ole Kristian Tørresen.

Apostando à vista

Baleias dentadas (Odontoceti) e morcegos são exemplos de mamíferos que desenvolveram um órgão sensorial usando a ecolocalização para se orientarem na escuridão negra. A ecolocalização implica que o animal envie uma série de ondas sonoras que são refletidas quando atingem alguma coisa, por exemplo, um peixe ou outra coisa.

“Mas esses peixes do fundo do mar desenvolveram seu sentido de visão, de modo que eles podem ver relativamente bem as condições que nós humanos experimentariam como escuridão total. Só podemos ficar impressionados com a maneira da natureza e da evolução de encontrar soluções que funcionem ”, comenta Jakobsen.

Uma enorme quantidade de trabalho está por trás do novo artigo científico da Science. O artigo atual é de apenas cinco páginas A4, mas os pesquisadores também usaram ca. 100 páginas em um anexo para explicar os detalhes de como eles procederam. Houve desafios em várias disciplinas; por exemplo, conseguir um número suficiente de espécies de peixes de profundidade era um projeto em si. Portanto, foi necessário contar com uma equipe multidisciplinar de biólogos evolucionistas, biólogos moleculares, ecologistas de peixes, biólogos marinhos e fisiologistas da visão, para completar o estudo.

É assim que funciona

Fótons atingem a retina do olho, que é equipado com um grande número de receptores de luz (bastonetes e cones).

• Alguns dos fótons atingem uma ligação química central em uma proteína sensível à luz. Se o fóton tiver o comprimento de onda e a frequência corretos, ele poderá provocar uma pequena alteração estrutural na proteína.
• A mudança estrutural desencadeia uma longa reação em cadeia que leva a um pequeno sinal elétrico sendo enviado ao córtex visual.
• Os cones na retina humana registram luz com comprimentos de onda entre ca. 380 nanômetros (violeta) e ca. 750 nanômetros (vermelho).
• Os bastonetes são mais sensíveis à luz com um comprimento de onda de cerca de 500 nanômetros.

Este texto foi traduzido do norueguês por Sari C. Cunningham

Contato: Professor Kjetill S. Jakobsen, Departamento de Biociências da CEES e da UIO

Publicação científica: Musilova, Cortesi et al .: Visão usando múltiplas opsinas distintas em peixes de profundidade. Science, publicado em 9 de maio de 2019.

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