Evolução como ‘faz-tudo’: como estudos sobre olhos de aranhas e cérebros de peixes-cegos revelam a estratégia de remodelagem da natureza

Um estudo complementar de sequenciamento de célula única sugeriu uma função conservada para a sinalização Hedgehog no desenvolvimento dos olhos de aranha, mostrando que uma via de desenvolvimento profundamente conservada está envolvida na construção dos olhos das aranhas . De forma mais ampla, o desenvolvimento do sistema visual animal parece depender de genes e vias conservadas de determinação da retina, incluindo ortólogos de Pax6, genes Wnt, hh, dpp e atonal em modelos comparativos de desenvolvimento ocular .

Princípio ilustrado: Os olhos das aranhas não evoluíram como invenções totalmente novas. Sua diversidade é melhor compreendida como modificação de programas de desenvolvimento compartilhados, com vias de desenvolvimento ocular conservadas e evolução modular dos pares de olhos permitindo que diferentes sistemas visuais se adaptem a diferentes pressões ecológicas .

Implicações comportamentais: O estudo do tamanho dos olhos de aranha relaciona a evolução do tamanho dos olhos à ecologia, sugerindo que as diferenças entre os pares de olhos estão ligadas à forma como diferentes aranhas dependem da visão em seus respectivos nichos .

Potenciais aplicações médicas: Os estudos de aranha citados não estabelecem aplicações médicas diretas. Sua relevância mais clara é para a biologia do desenvolvimento comparativo, especialmente como vias conservadas, como a sinalização Hedgehog, participam do desenvolvimento ocular em diversos animais .

Cérebros de Peixes-Cegos de Caverna: Reconfigurando um Circuito de Dopamina para um Comportamento Invertido

Peixes-cegos mexicanos (Astyanax mexicanus) mostram uma resposta sensório-motora evocada pela luz que evoluiu e difere da de seus parentes de superfície que enxergam . Usando imageamento funcional do cérebro inteiro alinhado a um atlas cerebral estabelecido de Astyanax, os pesquisadores identificaram um circuito central de dopamina subjacente à adaptação dessa resposta evocada pela luz . Embora a vida na caverna tenha removido os olhos funcionais nos peixes-cegos, a nova resposta parece envolver a modificação de circuitos neurais existentes, em vez da invenção de um sistema cerebral totalmente novo .

Trabalhos anteriores com atlas cerebrais de adultos encontraram expansão de regiões talâmicas e outras regiões cerebrais em peixes-cegos, juntamente com a redução de regiões associadas ao processamento visual . Esse trabalho do atlas também descobriu que alguns núcleos hipotalâmicos estão aumentados em peixes-cegos, enquanto outras regiões hipotalâmicas permanecem inalteradas, indicando uma mudança neuroanatômica específica da região, em vez de uma expansão ou redução cerebral uniforme .

Princípio ilustrado: Os peixes-cegos não evoluíram um circuito cerebral 'de detecção de luz' totalmente novo. Eles reaproveitaram uma via existente mediada por dopamina associada ao comportamento sensório-motor evocado pela luz, reajustando-a para produzir um resultado comportamental diferente .

Implicações comportamentais: A mudança comportamental mostra que a evolução pode alterar a saída de um circuito de resposta sensorial mesmo após a perda da visão formadora de imagem .

Potenciais aplicações médicas: Os estudos de peixes-cegos citados não estabelecem aplicações clínicas diretas. Sua relevância mais ampla mais forte é como um modelo de vertebrado para estudar como circuitos cerebrais e neuroanatomia podem evoluir, ser mapeados e ser funcionalmente reconfigurados em escala de cérebro inteiro .

Resumo

O estudo das aranhas mostra a evolução reaproveitando vias de desenvolvimento conservadas e arquitetura ocular modular para se adequar a diversas pressões ecológicas. O estudo dos peixes-cegos mostra a evolução reaproveitando um circuito de dopamina existente para alterar uma resposta comportamental evocada pela luz. Ambos são exemplos fortes da evolução como um 'tinkerer', não um inventor .