Por vezes, a evolução chega duas vezes à mesma “solução”, mesmo em animais com parentescos muito distantes. É essa a lógica da evolução paralela, e um novo estudo indica que as libélulas podem ser um exemplo particularmente nítido desse fenómeno.
Investigadores da Osaka Metropolitan University (OMU) concluíram que as libélulas conseguem detetar luz vermelha muito profunda através de um mecanismo surpreendentemente semelhante ao utilizado pelos mamíferos.
A descoberta é relevante para a biologia fundamental, mas tem também um lado prático: a luz vermelha e o infravermelho próximo já são amplamente usados em tecnologias médicas.
O trabalho centra-se nas opsinas, as proteínas sensíveis à luz que estão no núcleo da visão. E o que a equipa descreve não é apenas “as libélulas veem vermelho”, mas sim que “as libélulas podem estar a ver vermelho de uma forma que não esperaríamos num inseto”.
Visão para lá do vermelho profundo
A visão humana das cores depende de opsinas ajustadas a diferentes zonas do espectro. De forma simples, usamos três tipos principais, mais sensíveis a comprimentos de onda associados ao azul, ao verde e ao vermelho.
As libélulas, por sua vez, têm fama de possuir uma visão invulgarmente rica quando comparadas com muitos outros insetos. Caçam presas rápidas em pleno ar, seguem rivais e interagem a grande velocidade - os olhos não são apenas um adorno.
A equipa da OMU, liderada por Mitsumasa Koyanagi e Akihisa Terakita, identificou uma opsina de libélula que responde a luz em torno de 720 nanómetros. Este valor fica para lá do limite que a maioria das pessoas associa ao “vermelho profundo” no espectro visível.
“Este é um dos pigmentos visuais mais sensíveis ao vermelho alguma vez encontrados”, afirmou Terakita. “As libélulas conseguem, provavelmente, ver mais fundo no vermelho do que a maioria dos insetos.”
Assim, o conjunto de ferramentas visuais da libélula inclui um pigmento ajustado a uma zona que muitos insetos quase não exploram.
Isto não significa que as libélulas vejam infravermelho completo como uma câmara térmica. Mas indica que conseguem estender a perceção mais para o extremo do vermelho do que seria esperado, potencialmente acrescentando um canal extra de informação no ambiente por onde voam.
Libélulas e a deteção de parceiros em movimento
Os investigadores não se ficaram por “aqui está um pigmento”. Procuraram também perceber para que poderá servir, já que uma capacidade sensorial tende a manter-se apenas se for útil.
Uma hipótese considerada foi a deteção de parceiros. Se machos e fêmeas refletirem luz vermelha e infravermelha próxima de forma diferente, então um pigmento sintonizado nessa faixa pode facilitar distinguir “potencial parceiro” de “não parceiro” enquanto se deslocam rapidamente.
Para testar essa ideia, a equipa analisou a refletância, isto é, a quantidade de luz que uma superfície devolve.
Nas libélulas, a refletância pode influenciar a forma como os indivíduos se percecionam em tempo real, sobretudo durante voos rápidos.
Foram observadas diferenças claras entre machos e fêmeas na refletância do vermelho ao infravermelho próximo.
Este resultado reforça a hipótese de que a sensibilidade a estes comprimentos de onda pode ajudar os machos a identificar fêmeas rapidamente, mesmo em cenários visualmente complexos, como margens de água com muito brilho ou vegetação iluminada pelo sol.
A mesma solução, uma evolução diferente
A parte mais marcante surgiu quando a equipa examinou a proteína com maior detalhe. A conclusão foi que a forma como a opsina da libélula alcança a sua sensibilidade ao vermelho segue a mesma estratégia usada pelas opsinas vermelhas dos mamíferos.
“Surpreendentemente, o mecanismo pelo qual a opsina vermelha da libélula deteta luz vermelha é idêntico ao da opsina vermelha dos mamíferos, incluindo os humanos”, disse o primeiro autor do estudo, Ryu Sato, estudante de pós-graduação na Osaka Metropolitan University.
“Este é um resultado inesperado, sugerindo que o mesmo processo evolutivo ocorreu de forma independente em linhagens com parentesco distante.”
E aqui está o ponto-chave da evolução paralela: caminhos evolutivos diferentes, mas o mesmo truque molecular.
Das libélulas à inovação: opsinas e infravermelho próximo
Depois de encontrar uma opsina que reage a comprimentos de onda mais longos, é difícil não pensar em aplicações - não apenas em animais. A luz vermelha e o infravermelho próximo são úteis porque penetram melhor nos tecidos do que comprimentos de onda mais curtos, como o azul ou o ultravioleta.
Por isso, a equipa avaliou se esta opsina de libélula poderia ser empurrada ainda mais para o infravermelho próximo através de alterações na sua estrutura.
Os investigadores identificaram uma única posição-chave na proteína com forte impacto na preferência por determinados comprimentos de onda.
De seguida, criaram uma versão modificada que respondeu a comprimentos de onda ainda mais longos. Demonstraram também que células equipadas com a opsina alterada podiam ser ativadas por luz no infravermelho próximo, fornecendo o tipo de demonstração funcional que os investigadores em optogenética procuram.
Levar a luz mais fundo no tecido com optogenética
A optogenética consiste em controlar células com luz, introduzindo nelas proteínas sensíveis à luz. É uma abordagem muito usada em neurociência e biologia celular.
Uma limitação conhecida é que a luz não atravessa os tecidos vivos de forma igual. Por isso, comprimentos de onda mais longos podem ser uma vantagem significativa.
“Conseguimos deslocar a sensibilidade de uma opsina modificada de infravermelho próximo de libélulas Gomphidae ainda mais no sentido de comprimentos de onda mais longos e confirmámos que a opsina modificada de infravermelho próximo pode induzir respostas celulares à luz no infravermelho próximo”, afirmou Koyanagi.
“Estas conclusões demonstram que esta opsina é uma ferramenta optogenética promissora, capaz de detetar luz mesmo em profundidade dentro de organismos vivos.”
A promessa é direta: se for possível ativar uma opsina concebida por engenharia com luz no infravermelho próximo, pode tornar-se viável desencadear respostas mais profundas no corpo com abordagens menos invasivas.
Isto pode ser relevante já para a investigação e, mais tarde, para aplicações médicas que exijam precisão sem necessidade de cortar tecido.
Quando a evolução concorda com o design
Este estudo situa-se num ponto de encontro entre biologia e engenharia. Do lado biológico, sugere que as libélulas não ganharam sensibilidade ao vermelho através de um “atalho” exclusivo de insetos; em vez disso, convergiram para um mecanismo semelhante ao dos mamíferos.
Isto é importante porque a convergência é frequentemente um sinal de designs naturais verdadeiramente eficazes.
Quando a evolução “escolhe” de forma independente a mesma estratégia molecular em linhagens diferentes, isso aponta para a existência de um número limitado de maneiras ótimas de resolver um problema específico.
Libélulas inspiram novas tecnologias
Do lado tecnológico, o trabalho apresenta um novo candidato a ferramenta para optogenética, sobretudo em situações em que a penetração da luz em profundidade é o principal obstáculo.
Não se trata de um dispositivo médico acabado, nem há qualquer alegação de cura, mas representa um passo claro rumo a um conjunto de ferramentas mais ajustado à forma como a luz se comporta em tecidos vivos.
A investigação também muda a forma como pensamos nas libélulas. Já são conhecidas pela velocidade e precisão como caçadoras aéreas, mas estes resultados sugerem que o seu mundo sensorial pode incluir sinais que muitos outros insetos simplesmente não conseguem detetar.
E é este o lado mais interessante de estudos deste tipo: começam com uma questão básica - como é que este animal vê - e acabam por gerar ideias que podem ajudar a moldar ferramentas futuras para humanos.
Neste caso, o caminho passa por uma proteína minúscula que aprendeu a detetar vermelho profundo - duas vezes, em dois ramos muito diferentes da vida.
O trabalho foi publicado na revista Cellular and Molecular Life Sciences.
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