Tetra mexicano: como o peixe-das-cavernas inverteu a resposta à luz

Em cavernas do nordeste do México, muito abaixo da superfície e onde a luz nunca entra, um pequeno peixe pálido passa a vida inteira na escuridão total. O tetra mexicano consegue viver assim há centenas de milhares de anos.

Ao longo desse período enorme, ele perdeu tanto os olhos quanto a coloração do corpo. O cérebro também se reorganizou para existir sem luz.

Essa transformação invisível agora está ajudando a esclarecer uma questão difícil: de que forma a evolução remodela um cérebro para produzir um comportamento totalmente novo?

Peixes-das-cavernas exibem resposta invertida à luz

O tetra mexicano, Astyanax mexicanus, tem duas formas: uma que vive na superfície e outra que vive em cavernas. Como ambas pertencem à mesma espécie, isso cria uma comparação natural rara.

A forma de superfície mantém os olhos e nada em rios, enquanto mais de 30 populações de caverna se estabeleceram na escuridão permanente e acabaram perdendo os olhos.

Um grupo da Universidade Atlântica da Flórida aplicou às duas formas o mesmo teste simples. Eles acompanharam como cada peixe se movia durante períodos alternados de cinco minutos de luz e de escuridão.

Os peixes de superfície ficaram mais ativos no instante em que as luzes se apagaram. Já os peixes-das-cavernas fizeram o contrário, acelerando quando as luzes acenderam.

Nos peixes de superfície, a escuridão repentina desencadeia um aumento de nado há muito descrito como uma busca por luz. Nos peixes-das-cavernas, sem nenhuma luz que valha a pena perseguir, esse impulso antigo foi praticamente invertido.

Para os peixes-das-cavernas, luz significa perigo

Essa inversão começa a fazer sentido quando se considera onde cada peixe vive. Áreas claras perto das entradas das cavernas expõem os peixes-das-cavernas a predadores e a um ambiente para o qual eles não são adaptados.

Afastar-se da luz os mantém protegidos no interior escuro. Esse comportamento, chamado fotocinese, parece uma resposta direta às condições das cavernas.

O mesmo padrão de evitar luz aparece em animais de caverna ao redor do mundo, de insetos a outros peixes. Essa repetição sugere que a vida subterrânea favorece criaturas que mantêm distância de qualquer brilho.

Mapeando o cérebro inteiro

Para descobrir o que mudou dentro da cabeça, a equipe usou imageamento do cérebro inteiro, capaz de registrar a atividade célula por célula. Eles produziram peixes cujos neurónios brilham quando estão ativos e, em seguida, observaram como esses sinais mudavam conforme a luz se alternava.

Depois, os mapas de atividade foram alinhados a um atlas cerebral de peixe-das-cavernas já existente. Assim, foi possível comparar as duas formas, região por região.

A atividade foi avaliada com um marcador molecular que identifica neurónios pouco depois de dispararem. Ao comparar o estado com luz com o estado no escuro, o grupo conseguiu ver quais regiões realmente eram sensíveis à mudança.

Uma região se destacou

A maior parte das áreas ligadas à percepção de luz se comportou como o esperado, incluindo o órgão pineal, que ambas as formas ainda utilizam para detectar luz.

De facto, a pineal não mostrou diferença relevante entre as duas, o que indicou que a mudança está em como o cérebro processa a luz, e não em como ele a detecta.

No entanto, uma área profunda do prosencéfalo contou outra história. Essa região, o tubérculo posterior, disparava quando os peixes de superfície eram colocados no escuro, mas disparava nos peixes-das-cavernas quando as luzes acendiam.

Neurónios antigos assumem novas funções

“Notavelmente, neurónios que respondem à escuridão em peixes de superfície foram encontrados a responder à luz em peixes-das-cavernas, sugerindo que a evolução pode reaproveitar circuitos neurais existentes em vez de criar outros totalmente novos”, disse o Dr. Erik Duboué, autor sénior.

O resultado aponta para um atalho evolutivo elegante. Em vez de construir circuitos do zero, o cérebro do peixe-das-cavernas redistribuiu funções numa ligação que já existia.

A dopamina no centro do mecanismo

Essas células reaproveitadas eram, na verdade, neurónios produtores de dopamina, parte de uma via amplamente partilhada no mundo animal. Em particular, elas se parecem com os neurónios dopaminérgicos A11 encontrados em peixes, roedores e primatas.

Quando a equipe bloqueou a sinalização de dopamina, a resposta à luz desapareceu nas duas formas. A remoção dos neurónios específicos reduziu o comportamento de forma ainda mais acentuada, colocando a dopamina no centro da resposta.

Sabe-se que essas células enviam sinais em direcção ao corpo, onde ajudam a impulsionar o movimento. Essa função combina com as explosões de nado observadas sempre que a iluminação se inverte.

Um comportamento moldado pelas cavernas

“Nossa descoberta de que peixes-das-cavernas evoluíram fotocinese evocada pela luz permitiu perguntar quais regiões do cérebro são afectadas e quais subgrupos de neurónios podem contribuir para a variação comportamental”, afirmou Duboué.

Os investigadores também observaram que todos os peixes com olhos estudados anteriormente exibem fotocinese ao escuro, enquanto apenas peixes-das-cavernas exibem fotocinese à luz.

Esse padrão indica que a fotocinese à luz evoluiu como uma adaptação à vida nas cavernas.

Os genes do peixe-das-cavernas carregam a resposta à luz

A equipe também quis saber se esse comportamento é herdado. Para isso, cruzou peixes de superfície com peixes-das-cavernas e acompanhou o que acontecia com a descendência.

Os híbridos apresentaram uma grande variação de respostas, com alguns tendendo mais para a luz e outros para o escuro.

Esse intervalo completo é uma evidência forte de que o comportamento está inscrito no genoma, e o tamanho do tubérculo posterior se correlacionou de perto com o modo como cada híbrido se comportava.

Os cruzamentos de primeira geração ficaram num ponto intermédio, entre os dois tipos parentais. Já a geração seguinte se distribuiu por todo o espectro, desde indivíduos fortemente guiados pela luz até outros fortemente guiados pelo escuro.

Pistas para o cérebro humano

As mesmas vias de dopamina atravessam peixes, roedores e seres humanos, e grande parte da ligação permanece preservada entre esses grupos.

Assim, uma alteração observada num pequeno peixe cego pode lançar luz sobre como o nosso próprio cérebro lida com os sinais do ambiente.

Condições associadas a mudanças na função da dopamina - como doença de Parkinson, esquizofrenia, autismo e TDAH - poderão, um dia, ser compreendidas um pouco melhor com estudos desse tipo.

Um modelo para cérebros em evolução

“Peixes-das-cavernas fornecem um modelo único para estudar como sistemas sensoriais evoluem e como cérebros se adaptam a ambientes novos”, disse Duboué.

“Ao entender como a evolução modifica circuitos neurais para processar informação ambiental, podemos obter percepções mais profundas sobre os princípios fundamentais que moldam o comportamento em todo o reino animal.”