Mais de 80% das plantas com flores do mundo devem se reproduzir para produzir novas flores, de acordo com o Serviço Florestal dos EUA. Esse processo envolve a transferência de pólen entre plantas pelo vento, pela água ou por insetos chamados polinizadores – incluindo abelhas.

Em um novo estudo, pesquisadores da Universidade do Missouri descobriram que o pólen espinhoso – de uma espécie nativa de dente-de-leão selvagem no sul das Montanhas Rochosas – evoluiu para se apegar aos abelhões que viajam. Usando um microscópio eletrônico de varredura de elétrons altamente detalhado, a equipe de pesquisa pôde observar a superfície microscópica do pólen espinhoso, que de outra forma parece pó amarelo a olho nu.

“Observamos que o pólen nativo das Montanhas Rochosas possui espinhos espaçados de maneira ideal que permitem a fácil aderência a um polinizador, como um zangão”, disse Austin Lynn, recém-formado com doutorado em biologia pela Divisão de Ciências Biológicas da faculdade de artes e ciência. “Quando comparamos isso com o dente-de-leão comum, que não precisa de pólen para se reproduzir, vimos que o pólen no dente-de-leão tem uma distância menor entre esses espinhos, dificultando a fixação aos polinizadores viajantes. Portanto, mostramos que o pólen do dente-de-leão selvagem evoluiu ao longo de muitas gerações para criar uma forma ideal de ligação aos polinizadores.”

Estudos anteriores examinaram o pólen espinhoso, mas este é um dos primeiros estudos com foco nos espinhos do pólen. Lynn, a principal pesquisadora do estudo, disse que os pesquisadores também foram capazes de refutar uma ideia concorrente de que o pólen espinhoso serve como um mecanismo defensivo para proteger o pólen de ser comido.

“O pólen espinhoso age como velcro”, disse Lynn. “Então, quando as abelhas colhem pólen como alimento, esse pólen fica grudado nos pelos. É um ótimo exemplo de mutualismo, onde a planta precisa do polinizador para se reproduzir e o polinizador precisa da planta para sua alimentação.”

Os pesquisadores planejam estudar como os pelos de um zangão contribuem para esse processo.

O estudo, “Seleção sexual e natural da morfologia do pólen em Taraxacum, “Foi publicado no American Journal of Botany. Outros autores do estudo incluem Emelyn Piotter e Candace Galen na MU; e Ellie Harrison, da Universidade Estadual do Colorado. O financiamento foi fornecido pelo Mountain Area Land Trust e uma bolsa da Cherng Foundation. O conteúdo é de responsabilidade exclusiva dos autores e não representa necessariamente as opiniões oficiais das agências de fomento.

Referência: “Seleção sexual e natural sobre a morfologia do pólen em Taraxacum” por Austin Lynn, Emelyn Piotter, Ellie Harrison e Candace Galen, 12 de fevereiro de 2020, American Journal of Botany.
DOI: 10.1002 / ajb2.1428

Amy Boland passou por muitos altos e baixos desde que notou caroços debaixo dos braços há 12 anos e soube que tinha câncer no sistema linfático. Por cerca de 6 anos, a quimioterapia convencional ajudou a encolher os tumores de linfoma, mas eles começaram a crescer novamente. Uma sucessão de outras terapias contra o câncer, incluindo um transplante de medula óssea e uma classe de medicamentos chamados inibidores do ponto de verificação, falharam ou apenas trouxeram alívio temporário. Em um esforço elaborado, os médicos colheram suas células T, projetaram essas células imunológicas para matar o linfoma e as infundiram de volta ao corpo. O câncer desapareceu, mas dois anos depois se recuperou. “Nada estava funcionando”, diz o oncologista Stephen Schuster, da Universidade da Pensilvânia (UPenn).

Então, em outubro de 2018, Boland ingressou em um ensaio clínico testando outra maneira de aproveitar seu sistema imunológico para matar as células tumorais. A ideia do teste, que Schuster co-lidera, era usar uma corda molecular conhecida como anticorpo biespecífico para amarrar suas células T naturais às células tumorais, para que os guerreiros imunológicos atacassem. Como as células T modificadas que ela havia recebido anteriormente, as infusões experimentais às vezes a deixavam doente o suficiente para passar algumas noites no hospital. Mas o anticorpo rapidamente a enviou para remissão. Hoje, mais de um ano após a suspensão do medicamento Roche, o mosunetuzumabe, Boland, agora com 60 anos, parece estar livre de câncer e levar uma vida normal. “Estou me sentindo muito bem. Estou muito agradecida”, diz ela.

Em uma reunião da Sociedade Americana de Hematologia, Schuster relatou que o anticorpo encolheu tumores de linfoma não Hodgkin de crescimento rápido em 46 dos 124 pacientes nos quais outros tratamentos falharam. Para algumas dessas pessoas, como Boland, as falhas incluíram a alteração de suas células imunológicas para atacar o câncer. Essas células manipuladas, conhecidas como células T do receptor de antígeno quimérico (CAR), alcançaram resultados notáveis ​​em alguns tipos de câncer. No entanto, na mesma reunião, dados de um pequeno ensaio clínico sugeriram que um anticorpo biespecífico poderia funcionar igualmente bem no mieloma, outro câncer no sangue.

Os cientistas trabalham com medicamentos contra câncer biespecíficos há décadas e o primeiro sucesso clínico ocorreu 12 anos atrás. Esse resultado deu um salto no campo por um tempo, mas outras terapias, incluindo as células T CAR, avançaram, em parte porque os anticorpos de combate ao câncer se mostraram difíceis de projetar e produzir. Mas as empresas agora tornaram esses medicamentos proteicos mais seguros e mais potentes. Variantes estão sendo testadas em dezenas de ensaios clínicos, na esperança de poderem rivalizar ou superar as células manipuladas.

“Se os anticorpos biespecíficos podem fazer o que as células T CAR podem fazer, isso representaria um grande avanço” e uma “mudança potencialmente fundamental”, disse o hematologista da Johns Hopkins Medicine Robert Brodsky, em uma prévia para a reunião de Schuster. Uma grande vantagem dos anticorpos biespecíficos é que eles podem ser produzidos em massa antecipadamente. As células T CAR, por outro lado, devem ser preparadas para cada paciente com câncer. Esse processo é caro e, para alguns pacientes muito doentes, leva muito tempo.

Esses novos participantes da imunoterapia ainda não são panacéia. Para alguns cânceres de sangue, os anticorpos biespecíficos não estão dando aos pacientes remissões duradouras, geralmente observadas nas células T CAR. Como aconteceu com as células T CAR, vários pacientes morreram em ensaios testando anticorpos biespecíficos, possivelmente por respostas imunes excessivamente zelosas provocadas pelos medicamentos. E anticorpos biespecíficos podem ser menos eficazes contra tumores sólidos, como os do cólon e pulmões, do que contra cânceres de sangue e linfa – uma desvantagem compartilhada com as células T CAR. “Há muitas perguntas em aberto. Mas também é um campo em movimento rápido, e muitas pessoas realmente inteligentes estão trabalhando nisso ”, diz Paul Carter, pesquisador de anticorpos da Genentech, subsidiária da Roche.

Os anticorpos têm uma longa história como um tratamento de câncer. As proteínas em forma de Y são normalmente combatentes de patógenos, agarrando-se a um antígeno – uma proteína ou um pouco de um – em vírus, bactérias ou outros micróbios. A ligação, que ocorre nas pontas do Y, pode desativar e limpar diretamente um patógeno ou pode sinalizar ao sistema imunológico para atacá-lo. Os pesquisadores do câncer aprenderam a explorar esse sistema natural fazendo muitas cópias de um anticorpo específico que se prende a um antígeno exclusivo de um câncer em particular. Isso marca o câncer para destruição por componentes do sistema imunológico que não sejam as células T. Alguns dos medicamentos contra o câncer mais eficazes e mais vendidos são esses anticorpos monoclonais, incluindo o trastuzumabe, mais conhecido como Herceptin.

Estratégias anticâncer mais recentes alistam células T. As células tumorais podem parecer estranhas o suficiente para que o corpo às vezes “treine” essas células para atacá-las. Mas as células T CAR, alteradas para transportar um receptor que tem como alvo um antígeno de célula cancerígena, podem fornecer uma resposta mais poderosa. Inibidores do ponto de verificação, drogas que liberam os freios moleculares que podem restringir as células T, também pode aumentar o ataque das células T.

Os anticorpos biespecíficos oferecem uma terceira maneira de aproveitar as células T. Em meados da década de 1980, os pesquisadores de câncer começaram a projetar anticorpos com duas dicas – uma que correspondia ao antígeno das células cancerígenas e a outra à proteína da superfície da célula T chamada CD3. A ideia era vincular diretamente as células T às células tumorais, ignorando a necessidade das células T aprenderem a atacar um câncer. “Está imitando o que acontece naturalmente, mas a vantagem é que você pode envolver todas as células T”, não apenas aquelas treinadas para atacar o tumor, diz Dirk Nagorsen, vice-presidente e pesquisador de câncer da Amgen. Em 1985, o campo foi galvanizado por dois relatórios em Natureza que esse anticorpo “biespecífico” poderia destruir células cancerígenas em um prato; estudos logo mostraram que esses anticorpos poderiam encolher tumores em ratos.

As drogas eram difíceis de fabricar. Os anticorpos são modulares, com duas cadeias “pesadas” idênticas, formando o tronco e metade de cada braço do Y, e duas cadeias “leves” idênticas, cada uma das quais completa um braço. Tentando montar anticorpos biespecíficos a partir desses componentes complexos, os químicos de proteínas obtiveram 10 versões de cada molécula. Esse resultado significou esforços trabalhosos para selecionar o que os pesquisadores queriam.

E a emoção diminuiu quando os testes de anticorpos biespecíficos passaram de animais e células de laboratório para pacientes com câncer. Em um ensaio clínico inicial, um anticorpo pareceu encolher o linfoma. Mas os pesquisadores tiveram que parar de tratar os pacientes antes que o estudo produzisse resultados definitivos porque o fabricante do anticorpo ficou sem o medicamento. Às vezes, os anticorpos também desencadeiam efeitos colaterais graves, incluindo danos no fígado e uma reação exagerada do sistema imunológico, na qual os glóbulos brancos emitem sinais chamados citocinas que podem ser tóxicas em grandes quantidades. Tais “tempestades” de citocinas causam febres e, em casos graves, danos aos órgãos. (As células T CAR podem causar a mesma reação exagerada.)

Dois imunologistas da Universidade Ludwig Maximilian de Munique, Peter Kufer e Gert Riethmüller, seguiram em frente de qualquer maneira com uma ideia que alguns colegas pensavam que falharia: um anticorpo biespecífico despojado com duas dicas ligadas por um peptídeo flexível em vez do tronco tradicional. O design simplificado tornou o anticorpo mais fácil de fabricar, mas como o caule estava ausente, os rins o limparam do sangue em 2 horas. Em seu primeiro teste clínico, para linfoma não-Hodgkin, os pacientes tiveram que usar uma bomba para infundir continuamente o anticorpo. Ainda assim, pequenas doses do medicamento encolheram os tumores em todos os sete pacientes com linfoma do estudo, administrados pela Micromet, uma empresa de biotecnologia alemã que foi fundada por Riethmüller. “Nós pensamos: ‘Oh meu Deus, algo incrível está acontecendo aqui'”, diz o biólogo molecular Patrick Baeuerle, então diretor científico da Micromet, que apelidou o conceito de engajador biespecífico de células T (marca registrada como BiTE).

O pequeno estudo, publicado em Ciência Em 2008, despertou o interesse de empresas e acadêmicos. “Todo o campo percebeu: ‘Isso é um grande negócio. Queremos participar disso ”, diz John Desjarlais, diretor científico da biotecnologia Xencor. Na mesma época, as células T CAR começaram a mostrar resultados impressionantes em alguns pacientes com leucemia – o que aumentou o interesse em outras imunoterapias potencialmente mais simples, como anticorpos biespecíficos. Como as células T CAR, as células T estimuladas pelos BiTEs liberam moléculas tóxicas chamadas granzimas e perforinas que perfuram as células tumorais e as fazem se autodestruir. “Eu vejo biespecíficos (como os BiTEs) como uma célula T comercial de prateleira ”, diz Elad Sharon, pesquisador sênior do Programa de Avaliação de Terapia de Câncer do National Cancer Institute.

O primeiro anticorpo biespecífico para câncer foi aprovado na Europa em 2009. O objetivo era limpar as células malignas que causam acúmulo de líquido abdominal em alguns pacientes com câncer – mas não funcionou tão bem, então o medicamento permaneceu no mercado há alguns anos. No entanto, o campo recuperou impulso depois que a Amgen comprou o Micromet em 2012 e depois mostrou que seu medicamento BiTE, blinatumomab (Blincyto), dobrou o tempo de sobrevivência de pacientes com leucemia linfocítica aguda avançada. A partir de 2014, a Food and Drug Administration aprovou o medicamento para tratar várias formas adultas e pediátricas da doença. Agora, a Amgen está testando BiTEs para outros tipos de câncer, incluindo mieloma e câncer de pulmão, próstata e cérebro.

Outros correram melhorar os BiTEs usando truques de engenharia de proteínas para criar anticorpos biespecíficos desejados. Algumas empresas restauraram o caule dos anticorpos, conhecido como receptor Fc, para que a proteína permaneça no sangue por mais tempo – mas com modificações que a tornam menos tóxica para o fígado. Pacientes com câncer, como Boland, não precisam mais usar um pacote de nádegas contendo uma bomba, mas agora podem receber o medicamento por via intravenosa a cada 3 semanas.

Os cientistas da indústria também adicionaram uma segunda cópia do local de ligação ao antígeno do tumor a uma ponta do anticorpo (veja o gráfico acima). Conhecido como um anticorpo biespecífico “2 + 1”, esse projeto específico visa tornar o anticorpo mais seletivo para as células cancerígenas e menos propensos a atingir células saudáveis ​​que transportam pequenas quantidades do antígeno do câncer.

Para reduzir o risco de desencadear uma tempestade de citocinas, os pesquisadores também estão projetando biespecíficos que, em vez de células T, capturam um tipo diferente de célula imune chamada natural killers (NK). Várias empresas começaram ou estão preparando ensaios clínicos de tais anticorpos, que se ligam a uma proteína da superfície celular NK chamada CD16. “As células NK são muito potentes para matar células tumorais se ativadas, e a liberação de citocinas é significativamente reduzida com esse tipo de célula”, diz Dmitri Wiederschain, chefe de imunologia do câncer de uma dessas empresas, a Sanofi.

Essas variantes e dezenas de outros biespecíficos são mais fáceis de sintetizar agora. “A engenharia de anticorpos se tornou tão sofisticada que é possível fabricar essas moléculas com eficiência”, diz o bioquímico Christoph Rader, da Scripps Research, em Jupiter, Flórida.

Segundo a contagem de Reichert, mais de 60 anticorpos biespecíficos direcionadores de células T estão em estágio clínico inicial ou posterior. Um Amgen BiTE mostrou indícios de tumores em encolhimento em alguns pacientes com câncer de próstata avançado, informou a empresa no ano passado.

Os tumores sólidos são um alvo desafiador para os biespecíficos em parte porque os tumores geralmente carecem de um antígeno único para os anticorpos capturarem. Muitos tumores também são cercados por vasos sanguíneos, tecidos e células imunológicas que formam uma barreira. As células T não conseguem penetrar facilmente. Mas os resultados de estudos com camundongos sugerem que alguns anticorpos biespecíficos podem levar as células T a tumores, diz Nai-Kong Cheung, do Memorial Sloan Kettering Cancer Center. Seu laboratório ajustou sistematicamente fatores de design, como a organização dos locais de ligação, para aprender o que otimiza a potência das moléculas.

E algumas empresas esperam aumentar o ataque a tumores sólidos com anticorpos que se ligam não apenas ao CD3, mas também a outro receptor nas células T conhecido como “segundo sinal”, que estimula o crescimento das células. Por anos, diz Israel Lowy, vice-presidente sênior da Regeneron, a indústria tem “medo de tocar” essa proteína, chamada CD28, por causa de um acidente devastador: um anticorpo projetado para se ligar a ela fez seis voluntários saudáveis ​​gravemente enfermos da síndrome de liberação de citocinas em um 2006 ensaio clínico no Reino Unido.

Descobertas de novos estudos, no entanto, sugerem que é possível explorar com segurança o crescimento celular. Ano passado em Câncer da natureza, uma equipe da Sanofi informou que um anticorpo “específico” com braços combinados com CD28, CD3 e um antígeno de câncer eliminou tumores de mieloma em camundongos. Outras empresas dividiram a tarefa criando dois biespecíficos. Um tem como alvo um antígeno tumoral e CD28 ou outro receptor de sinal de crescimento; o outro se liga ao antígeno tumoral mais CD3. “Uma das nossas esperanças é que esse biespecífico co-estimulatório possa nos ajudar a desbloquear respostas em tumores sólidos” diz Lowy, cuja empresa informou em Medicina Translacional em Ciências em janeiro que essa combinação de duas drogas reduziu tumores ovarianos e retardou o crescimento de tumores da próstata em camundongos.

Esses biespecíficos da próxima geração poderiam eclipsar as células T CAR para alguns tipos de câncer? Carl June, pioneiro da célula T da CAR, é cético. Muitos pacientes com leucemia que recebem blinatumomab acabam recidivando porque as células cancerígenas se tornam resistentes ao medicamento, observa ele, de modo que os oncologistas o utilizam principalmente como uma “ponte” até que um paciente muito doente possa receber um transplante de células-tronco ou células T CAR. June acrescenta que os biespecíficos podem não funcionar em muitos pacientes com câncer cujas células T ficaram esgotadas ou “esgotadas”, deixando muito poucos para atacar o câncer. O tratamento das células T CAR, por outro lado, reabastece as fileiras imunes ao cultivar as células fora do corpo – algo “impossível com os biespecíficos”, diz June.

Schuster, que tem um pé nos dois campos – ele dirige o estudo de Boland e liderou os testes do CAR T com junho – diz que os biespecíficos ainda estão se provando. Ele aponta para um relatório da Amgen no ano passado que alguns pacientes com linfoma que responderam bem ao blinatumomab ainda estavam vivos após 7 anos, sugerindo que poderiam permanecer em remissão a longo prazo. “Estou confiante de que nos próximos 2 a 5 anos você verá saltos quânticos em nossa capacidade de direcionar tumores resistentes, incluindo tumores sólidos”, diz Schuster.

Ele e outros pesquisadores de câncer veem células T CAR, inibidores de ponto de verificação e anticorpos biespecíficos como intercambiáveis. “Por que não fazer tudo isso?” pergunta Schuster, que está preparando um estudo que fornecerá aos pacientes células T CAR e depois um medicamento biespecífico. “Todas essas abordagens para manipular o sistema imunológico celular para tratar o câncer são essencialmente meios diferentes para o mesmo fim”. No entanto, dobrar os tratamentos pode ser arriscado – no ano passado, dois pacientes morreram nesse teste após desenvolver a síndrome de liberação de citocinas.

Boland, que viu todos os três filhos crescerem e irem para a faculdade durante sua luta contra o câncer, congratula-se com o progresso. Uma droga biespecífica está mantendo seu linfoma sob controle por enquanto, ela observa. “Espero que dure, mas, se não, sinto-me confiante de que sempre há mais tratamentos. Você não se preocupa com isso. Ninguém sabe o que vai acontecer.

Os engenheiros da Caltech e da Universidade de Stanford desenvolveram uma prótese minúscula que permite que a água-viva nade mais rápido e de maneira mais eficiente do que normalmente, sem estressar os animais. Os pesquisadores responsáveis ​​pelo projeto vislumbram um futuro no qual as águas-vivas equipadas com sensores possam ser direcionadas para explorar e registrar informações sobre o oceano.

A água-viva usa um movimento pulsante para se impulsionar para a frente, agitando seus tentáculos enquanto se movem para capturar presas. A nova prótese usa impulsos elétricos para regular – e acelerar – a pulsação, semelhante à maneira como um marcapasso cardíaco regula a freqüência cardíaca. O dispositivo, que é neutro em flutuação na água, tem cerca de dois centímetros de diâmetro e é preso ao corpo da água-viva através de uma pequena farpa de madeira.

A pesquisa – liderada por John Dabiri (MS ’03, PhD ’05) da Caltech, professora do Centenário de Aeronáutica e Engenharia Mecânica e Nicole Xu (MS ’15), estudante de Stanford, foi publicada na revista Avanços científicos.

Normalmente, as águas-vivas nadam a uma taxa de cerca de dois centímetros por segundo. Embora eles sejam capazes de se mover mais rapidamente, isso não os ajuda a capturar presas, sua razão típica para usar o movimento de “nadar” que balança os tentáculos.

Na pesquisa descrita no artigo, Dabiri, Xu e colegas equiparam as águas-vivas com um controlador microeletrônico pulsando a uma frequência três vezes mais rápida do que os pulsos corporais habituais dos animais. A pulsação dos animais acelerou, produzindo um aumento correspondente em sua velocidade de natação para cerca de 4-6 centímetros por segundo.

Além de tornar a água-viva mais rápida, os solavancos elétricos também os fizeram nadar com mais eficiência. Embora as águas-vivas nadassem três vezes mais rápido que o ritmo normal, elas usavam apenas o dobro de energia (conforme medido pela quantidade de oxigênio consumida pelos animais enquanto nadava). De fato, as águas-vivas equipadas com próteses eram 1.000 vezes mais eficientes que os robôs nadadores, diz Xu.

“Mostramos que eles são capazes de se mover muito mais rápido do que normalmente, sem um custo indevido em seu metabolismo”, diz Xu. “Isso revela que as águas-vivas possuem uma capacidade inexplorada para nadar mais rápido e mais eficiente.”

Note-se que as águas-vivas foram monitoradas de perto para garantir que não fossem prejudicadas. As águas-vivas não têm cérebro ou receptores de dor, mas descobriram que secretam muco quando estressadas, e nenhuma secreção foi observada neste experimento. Além disso, a água-viva voltou a nadar normalmente após a remoção da prótese.

A pesquisa representa um “meio termo” entre duas veias do trabalho de robótica com inspiração bioinspiratória em que Dabiri esteve envolvido na última década, tanto na Caltech quanto em Stanford. Um envolve o uso de componentes puramente mecânicos e os outros materiais puramente biológicos.

Com sistemas puramente mecânicos, Dabiri teve sucesso na construção de robôs que parecem animais reais, mas requerem muito mais energia para realizar as mesmas tarefas. “Ainda não capturamos a elegância dos sistemas biológicos”, observa ele. No entanto, embora sejam mais elegantes que os robôs, sistemas puramente biológicos são muito mais frágeis. De fato, em colaboração com colegas da Universidade de Harvard, Dabiri mostrou que as células cardíacas de ratos podem responder a campos elétricos – o que potencialmente os torna blocos de construção úteis para dispositivos biológicos – mas as células sobrevivem apenas em condições de laboratório.

O esforço para adicionar controles mecânicos às águas-vivas começou em 2013 em Caltech, quando Xu era um estudante de graduação que fazia uma bolsa de verão de pesquisa (SURF) no laboratório de Dabiri. Dabiri estava interessado em alavancar águas-vivas para a exploração e detecção dos oceanos devido à sua abundância: as espécies usadas nos experimentos atuais podem ser encontradas nos oceanos da Terra, em profundidades que variam da superfície ao fundo de valas profundas.

“Apenas 5% a 10% do volume do oceano foi explorado, por isso queremos aproveitar o fato de que as águas-vivas estão em toda parte para dar um salto nas medições baseadas em navios, cujo número é limitado devido ao seu alto custo. ”, Diz Dabiri. “Se pudermos encontrar uma maneira de direcionar essas águas-vivas e também equipá-las com sensores para rastrear coisas como temperatura do oceano, salinidade, níveis de oxigênio e assim por diante, poderíamos criar uma rede oceânica verdadeiramente global em que cada um dos robôs de água-viva custa alguns dólares para instrumentar e se alimentar de presas que já estão no oceano. ”

Atualmente, a prótese pode direcionar água-viva para começar a nadar e controlar o ritmo. O próximo passo será desenvolver um sistema que guie as águas-vivas em direções específicas e que lhes permita responder aos sinais dos sensores a bordo, diz Dabiri, que espera desenvolver controles eletrônicos ainda menores que possam ser completamente incorporados ao tecido das águas-vivas. próteses permanentes, mas despercebidas.

O estudo é intitulado “Microeletrônica de baixa potência incorporada em água-viva viva aprimora a propulsão”. Esta pesquisa foi financiada pela National Science Foundation.

Referência: “Microeletrônica de baixa potência incorporada em medusas vivas melhoram a propulsão” por Nicole W. Xu e John O. Dabiri, 29 de janeiro de 2020, Avanços científicos.
DOI: 10.1126 / sciadv.aaz3194

As cobras marinhas entraram no ambiente marinho pela primeira vez há 15 milhões de anos e vêm evoluindo desde então para sobreviver nas mudanças e nas condições de luz, segundo um novo estudo.

Uma pesquisa liderada pela Universidade de Plymouth (Reino Unido) forneceu pela primeira vez evidências de onde, quando e freqüência que as espécies adaptaram sua capacidade de enxergar em cores.

Isso sugere que a visão das cobras-do-mar foi modificada geneticamente ao longo de milhões de gerações, permitindo que elas se adaptem a novos ambientes e significa que podem continuar vendo presas – e predadores – bem abaixo da superfície do mar.

Em uma reviravolta inesperada, o estudo publicado em Biologia Atual também sugere que as serpentes marinhas de mergulho compartilham suas propriedades adaptativas não com outras cobras ou mamíferos marinhos, mas com alguns primatas que comem frutas.

A pesquisa foi liderada pelo Dr. Bruno Simões, professor de Biologia Animal da Universidade de Plymouth, e envolveu cientistas do Reino Unido, Austrália, Dinamarca, Bangladesh e Canadá.

Dr. Simões, ex-bolsista global Marie Sklodowska-Curie na Universidade de Bristol (Reino Unido) e Universidade de Adelaide (Austrália), disse: “No mundo natural, as espécies obviamente precisam se adaptar à medida que o ambiente ao seu redor muda. Mas ver uma mudança tão rápida na visão das cobras do mar em menos de 15 milhões de anos é realmente surpreendente. O ritmo de diversificação entre as serpentes marinhas, em comparação com seus parentes terrestres e anfíbios, talvez seja uma demonstração do ambiente imensamente desafiador em que vivem e da necessidade de que continuem se adaptando para sobreviver.

“Nosso estudo também mostra que a visão de serpentes e mamíferos evoluiu de maneira muito diferente na transição da terra para o mar. As cobras do mar mantiveram ou expandiram sua visão de cores em comparação com seus parentes terrestres, enquanto pinípedes e cetáceos passaram por uma redução adicional nas dimensões de sua visão de cores. Esse contraste é mais uma evidência da notável diversidade evolutiva da visão da cobra. ”

No estudo, os cientistas dizem que, apesar de serem descendentes de lagartos altamente visuais, as cobras têm uma visão de cores limitada (geralmente em dois tons), atribuída ao estilo de vida pouco iluminado de seus ancestrais.

No entanto, as espécies vivas de elapídeos venenosos e com presas frontais são ecologicamente muito diversas, com cerca de 300 espécies terrestres (como cobras, cobras corais e taipans) e 63 cobras marinhas totalmente marinhas.

Para tentar estabelecer como essa diversidade ocorreu, os cientistas analisaram várias espécies de cobras terrestres e marinhas de fontes que incluem trabalho de campo na Ásia e na Austrália e coleções históricas de museus.

Eles investigaram a evolução da sensibilidade espectral nos elapídeos analisando seus genes opsin (que produzem pigmentos visuais responsáveis ​​pela sensibilidade à luz ultravioleta e visível), fotorreceptores da retina e lentes oculares.

Seus resultados mostraram que as serpentes do mar haviam sofrido uma rápida diversificação adaptativa de seus pigmentos visuais quando comparadas com seus parentes terrestres e anfíbios.

Em um exemplo específico, uma linhagem específica de cobra marinha havia expandido sua sensibilidade ao UV-Azul. As cobras marinhas procuram no fundo do mar em profundidades superiores a 80 metros, mas precisam nadar até a superfície para respirar pelo menos uma vez a cada poucas horas. Essa sensibilidade UV-Azul expandida ajuda as cobras a ver nas condições variáveis ​​de luz da coluna de água do oceano.

Além disso, a maioria dos vertebrados possui pares de cromossomos, resultando em duas cópias dos mesmos genes. Em alguns primatas que comem frutas, as duas cópias podem ser ligeiramente diferentes (alelos), resultando em pigmentos visuais com propriedades espectrais diferentes, expandindo sua visão de cores. Este estudo sugere que algumas serpentes marinhas usaram o mesmo mecanismo para expandir sua visão subaquática com alelos sensíveis a UV e sensíveis a azul.

A Dra. Kate Sanders, Professora Associada da Universidade de Adelaide e autora sênior, disse: “Diferentes alelos do mesmo gene podem ser usados ​​por organismos para adaptar novas condições ambientais. Os tipos sanguíneos ABO nos primatas são resultado de diferentes alelos do mesmo gene. No entanto, apesar de ser muito importante para a adaptação das espécies, esse mecanismo ainda é pouco relatado. Para a visão, isso foi relatado apenas no opsin de longo comprimento de onda de alguns primatas, mas nosso estudo sugere um paralelo intrigante com as serpentes marinhas de mergulho. ”

Referência: “Diversificação Espectral e Polimorfismo Alélico Transespécies durante a Transição Terra-Mar em Cobras” por Bruno F. Simões, David J. Gower, Arne R. Rasmussen, Mohammad AR Sarker, Gary C. Fry, Nicholas R. Casewell, Robert A. Harrison, Nathan S. Hart, Julian C. Partridge, David M. Hunt, Belinda S. Chang, Davide Pisani e Kate L. Sanders, 28 de maio de 2020, Biologia Atual.
DOI: 10.1016 / j.cub.2020.04.061