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Genoma do polvo revela segredos sobre inteligência complexa

Maior código genético conhecido dos invertebrados oferece pistas sobre a evolução de camuflagem e ventosas

Albert Kok/Wikimedia Commons
Katherine Harmon Courage

O genoma do evasivo polvo finalmente foi desvendado, permitindo possivelmente que cientistas descubram respostas para algumas perguntas persistentemente misteriosas sobre a estranha fisiologia do animal.

Como ele se camufla tão habilmente? Como controla — e regenera — aqueles oito braços flexíveis e seus milhares de ventosas?

E, mais frustrante que tudo: Como um parente de caracóis e lesmas ficou tão incrivelmente inteligente, sendo capaz de aprender rapidamente, resolver quebra-cabeças, e até usar ferramentas?

As descobertas, publicadas em 12 de agosto no periódico Nature, revelam uma vasta paisagem vasta inexplorada, repleta de genes inéditos, recombinações improváveis, e algumas soluções evolutivas que parecem notavelmente similares às encontradas em humanos. (A Scientific American faz parte do Nature Publishing Group).

Com o maior genoma conhecido no mundo dos invertebrados, similar em tamanho ao de um gato doméstico (2,7 bilhões de pares de bases) e com mais genes (33 mil) que humanos (de 20 mil a 25 mil), sabia-se há muito tempo que a sequência genômica do polvo é grande e confusa.

Mesmo sem um mapa genético, esses animais e seus primos cefalópodes (lulas, sépias e náutilos) têm sido objetos de estudo comuns em pesquisas neurobiológicas e farmacológicas.

Mas um sequenciamento para esse grupo de moluscos era “extremamente necessário”, observa Annie Lindgren, pesquisadora de cefalópodes na Universidade Estadual de Portland, que não participou da nova pesquisa.

“Imagine tentar montar um quebra-cabeça com o lado da imagem voltado para baixo”, compara ela, referindo-se à atual pesquisa de polvos. “Um genoma nos fornece uma imagem com que trabalhar.”

Uma das maiores surpresas contidas no genoma, que precipitou uma torrente de e-mails cheios de pontos de exclamação por parte de pesquisadores de cefalópodes, é que polvos têm um grande grupo de genes familiares, envolvidos no desenvolvimento de uma complexa rede neural, e que se mostraram abundantes em outros animais, como mamíferos, com substancial poder de processamento.

Conhecidos como genes codificadores de protocaderinas, “acreditava-se previamente que eles só eram expandidos em vertebrados”, explica Clifton Ragsdale, professor associado de neurobiologia na Universidade de Chicago e um dos coautores do novo artigo.

Esses genes se somam à lista das características que evoluíram de forma independente e que compartilhamos com polvos, inclusive olhos “tipo câmera” (com uma lente, íris e retina), sistemas circulatórios fechados e cérebros volumosos (grandes).

Mas, justamente por ter seguido um caminho evolutivo tão imensamente diferente para a inteligência, o sistema nervoso do polvo é uma área particularmente rica para estudo. 

“Para neurobiólogos é interessante compreender como um grupo completamente distinto desenvolveu cérebros grandes e complexos”, salienta Joshua Rosenthal, do Instituto de Neurobiologia da Universidade de Porto Rico.

“Agora, com este trabalho, podemos entender melhor as bases de sustentação moleculares”.

Parte do sofisticado “sistema de fiação” dos polvos, que se estende além do cérebro e é em grande parte distribuído por todo o corpo, controla sua capacidade de se camuflar “num piscar de olhos”.

Até agora, pesquisadores não tinham certeza de como polvos manejam seus cromatóforos, as bolsas de pigmentos que se expandem e contraem em milissegundos para alterar sua cor e padronização geral.

Mas com o genoma sequenciado à mão, cientistas agora podem descobrir mais sobre como esse chamativo sistema funciona; um insight muito atraente tanto para neurocientistas como para engenheiros.

O genoma do polvo (representado pelo Octopus bimaculoides, da Califórnia, que tem duas distintas manchas azuis) também contém numerosos genes antes desconhecidos, inclusive alguns inéditos que ajudam o animal a “tatear” com suas ventosas.

Além disso, pesquisadores agora também podem mergulhar mais profundamente no passado da história evolutiva desse animal raramente fossilizado, inclusive além de seu ponto de divergência de lulas, há cerca de 270 milhões de anos.

Durante todo esse tempo, polvos tornaram-se muito hábeis em ajustar seus próprios códigos genéticos (processo conhecido como edição de RNA, que ocorre em humanos e outros animais, mas se dá a uma taxa extrema em polvos), ajudando-os a manter seus nervos disparando sob comando em temperaturas extremas.

A nova análise gênica também detectou genes “saltitantes” (conhecidos como transpósons), capazes de se mover pelo genoma, e que talvez desempenhem uma função estimulante na aprendizagem e memória.

Uma coisa não encontrada no genoma do polvo, porém, é evidência de que seu código foi submetido a uma duplicação integral, ou poliploidia (como aconteceu com o genoma de vertebrados, o que permitiu que os genes adicionais adquirissem novas funções).

Isso foi uma surpresa para os pesquisadores que durante muito tempo haviam se admirado diante da complexidade do polvo, e encontrado por acaso e reiteradas vezes grandes quantidades de código genético repetido em pesquisas anteriores.

O tamanho do genoma do cefalópode, combinado com o grande número de sequências repetidas e, como Clifton Ragsdale descreve, uma “bizarra falta de interesse de muitos geneticistas”, tornou a tarefa um grande desafio.

Ragsdale estava entre as dezenas de pesquisadores que se uniram no início de 2012 para formar o consórcio “para responder à premente necessidade de sequenciamento genômico de moluscos cefalópodes”, como salientaram em um “relatório branco” publicado mais tarde naquele ano em Standards in Genomic Sciences.

O genoma completo do polvo promete impactar campos que se estendem da neurobiologia à evolução à engenharia.

“Este é um artigo tão empolgante e um passo realmente significativo à frente”, comemora Annie Lindgren, estudiosa de relacionamentos entre polvos, que evoluíram para habitar todos os oceanos da Terra, de águas rasas e quentes de maré às gélidas profundezas da Antártida.

Para ela e outros cientistas de cefalópodes, “ter um genoma completo é como subitamente conseguir uma chave para a maior biblioteca do mundo, dentro da qual antes só se podia olhar ao espiar por janelas parcialmente bloqueadas”.

Katherine Harmon Courage é editora contribuinte da Scientific American e autora do livro Octopus! The Most Mysterious Creature in the Sea. Siga-a no Twitter em @KHCourage. 

Publicado em Scientific American em 12 de agosto de 2015.