O último ancestral comum de cefalópodes e vertebrados existiu há mais de 500 milhões de anos. De fato, uma lula está mais intimamente relacionada a um molusco do que a uma pessoa. Mesmo assim, as duas linhagens evoluíram independentemente olhos no estilo de lente de câmera com características muito semelhantes:uma única lente na frente e uma retina em forma de taça com sensor de imagem na parte de trás.
A semelhança fez os cientistas se perguntarem por décadas como a lula e seus primos conseguem seus olhos. Em pesquisa publicada esta semana na BMC Biology , um laboratório de Harvard se aproxima de desvendar o mistério.

Os pesquisadores do FAS Center for Systems Biology descobriram uma rede de genes importantes no desenvolvimento do olho de lula que também desempenham um papel crucial no desenvolvimento de membros em animais, incluindo vertebrados e insetos. Os cientistas dizem que esses genes foram reaproveitados em lulas para fazer olhos do tipo lente de câmera.

Os resultados podem ajudar os pesquisadores a entender como esses genes e as vias celulares em que se sabe que funcionam realmente funcionam tanto em cefalópodes quanto em vertebrados. Eles também fornecem um exemplo inovador de como diferentes linhagens de animais podem seqüestrar habilmente as ferramentas genéticas em seu arsenal e adaptá-las para realizar feitos evolutivos surpreendentes.

“Isso foi bastante chocante porque poucas pessoas pensam que uma lente ocular é muito parecida com uma perna”, disse Kristen Koenig, uma John Harvard Distinguished Science Fellow e autora sênior do estudo. "Uma das grandes questões da biologia é como você faz novas [características morfológicas]. A lente da lula é uma novidade para sua linhagem. Eles tiveram que fazer uma lente do zero para poder ver muito bem. O que este trabalho implica é que você tem que pegar as ferramentas que você tem e usá-las para novos propósitos."

Os cientistas do laboratório Koenig teorizam que a rede de genes que descobriram na lula pode não ser importante para a criação de órgãos específicos, mas eles podem estar fazendo algo mais genérico que é útil para certas funções de desenvolvimento, incluindo o desenvolvimento de membros e lentes. Essas outras funções de desenvolvimento podem incluir a expressão gênica precisa que coloca os tipos, números e formas certas de células no lugar certo na hora certa. Membros e lentes oculares, por exemplo, começam como uma folha plana de células que se tornam padronizadas em círculos concêntricos, um design semelhante a um alvo, e se desenvolvem a partir daí até suas formas finais.

"Nossa descoberta quebra a ideia de que a rede evoluiu apenas para a função de 'crescimento de membros', mas serve a uma função mais ampla para qualquer tipo de padrão que exija esse motivo semelhante a um círculo concêntrico, incluindo membros, lentes, crescimento de dentes e potencialmente outros. ainda temos que identificar", disse Kyle J. McCulloch, pós-doutorando no laboratório Koenig e principal autor do estudo.

Os pesquisadores tiveram uma ideia melhor do papel que esses genes desempenham no desenvolvimento do olho da lula manipulando um caminho celular chamado via de sinalização WNT. Nas moscas da fruta, é o caminho conhecido por acender os genes que levam ao desenvolvimento dos membros.

Os pesquisadores se perguntaram como um grupo de genes importantes para o desenvolvimento das pernas fez a lente do olho e o que a via de sinalização WNT estava fazendo no desenvolvimento da lente. Eles executaram o experimento em embriões de lula e descobriram que a ativação excessiva dessa via resultou na perda da lente do olho. Isso é o que levou os cientistas a acreditar que as diferenças em como a sinalização WNT atua nesses genes podem ser importantes para como a lula controla a expressão gênica no membro versus a lente.

O laboratório planeja continuar estudando esses genes e comparar sua função no desenvolvimento da lente com sua função no desenvolvimento de outras características morfológicas.

"Em última análise, este trabalho mostra o poder de estudar diversos sistemas", disse Koenig. "É surpreendente que genes que estudamos tão bem em outros sistemas modelo, como moscas da fruta e vertebrados, e que pensávamos entender que sua função juntos era fazer pernas, sejam usados ​​para esse órgão totalmente diferente na lula. pense sobre o que esses genes canônicos fazem no desenvolvimento. Observando a diversidade da vida, podemos realmente entender o que esses genes estão fazendo com mais precisão."