Como o peixe-zebra ganhou listras? Os pesquisadores estão um passo mais perto de descobrir
Anatomia, propriedades cristalinas e capacidade de mudança de cor dos iridóforos em escala de peixe-zebra. Crédito:Anais da Academia Nacional de Ciências (2024). DOI:10.1073/pnas.2308531121 Embora os peixes-zebra sejam muito menores e menos famosos do que seus homônimos terrestres, os pequenos peixes possuem uma habilidade única:eles podem mudar rapidamente a cor de suas listras características de azul para amarelo quando estão angustiados.
Tal como os camaleões, o peixe-zebra consegue esta transformação de cor através de mudanças estruturais. Ao alterar de forma precisa e simultânea a orientação dos cristais refletores de luz em suas escamas e pele, o peixe-zebra pode mudar a cor de suas listras em todo o comprimento do corpo em segundos.
Em uma nova pesquisa publicada no Proceedings of the National Academy of Sciences , os cientistas identificaram a intrincada maquinaria celular por trás dessa mudança de cor. Usando técnicas avançadas de imagem, eles identificaram as moléculas, estruturas e mecanismos de sinalização dentro da célula que trabalham juntos para mudar as listras do peixe-zebra de azul para amarelo quando o peixe está sob estresse.
“Ninguém viu estas estruturas antes a este nível, e ninguém mostrou como respondem às mudanças na luz e na cor”, diz Jennifer Lippincott-Schwartz, líder de grupo sénior e chefe da área de investigação de Fisiologia Celular 4D em Janelia, que foi o autor sênior do novo estudo em colaboração com o laboratório de John Hammer do NIH. "Houve uma proposta de que os cristais estão de alguma forma alterando a sua disposição para mudar a sua cor, mas estamos mostrando precisamente como isso acontece."
As novas descobertas poderão ajudar os cientistas a compreender melhor os mecanismos moleculares subjacentes à mudança de cor noutros animais – desde camaleões a copépodes – que utilizam mudanças estruturais de cor semelhantes para comunicar, regular a temperatura corporal e criar camuflagem.
"Faz sentido que os mesmos componentes necessários para isso estejam disponíveis e presentes em outros sistemas, por isso pensamos que esta poderia ser uma forma robusta de os organismos mudarem de cor. E temos algumas indicações preliminares de que isso está realmente acontecendo em outros organismos", diz Dvir Gur, pesquisador do Instituto Weizmann de Ciência, que liderou o novo trabalho.
Investigando listras de peixe-zebra
Gur começou a examinar como o peixe-zebra ganhou listras como pesquisador de pós-doutorado no laboratório Lippincott-Schwartz. Em 2020, Gur, Lippincott-Schwartz e uma equipe de pesquisadores identificaram como o ordenamento de minúsculos cristais de guanina nas escamas do peixe-zebra gera suas listras azuis e amarelas.
Enquanto estudavam os peixes, os investigadores ficaram intrigados com a forma como as listras azuis do peixe-zebra desapareciam quando um pescador entrava na sala ou quando perdia uma luta para um macho dominante.
Em muitos animais, as mudanças de cor acontecem quando os sacos de pigmento se dispersam e se agregam dentro da célula. Mas este não foi o caso dos iridóforos do peixe-zebra, onde tal movimento dos cristais dentro destas células teria feito com que os iridóforos perdessem a sua cor estrutural. Havia indícios de que os peixes poderiam mudar a orientação dos cristais para refletir a luz em diferentes ângulos, criando cores diferentes, mas não se sabia como isso acontecia.
“Esse foi realmente o gatilho que nos levou a observar o mecanismo que facilitou a mudança de cor nessas células”, diz Gur. "Sabíamos que deveria haver outra maneira."
Uma visão de perto
A equipe começou observando mais de perto os cristais antes e depois da mudança de cor usando imagens de alta resolução e difração de raios X baseada em síncrotron.
Eles viram que dentro dos iridóforos, os cristais estão dispostos em pilhas de longas estruturas semelhantes a placas. A mudança de cor surge da inclinação simultânea e precisa destes cristais. Gur compara o processo ao movimento de uma veneziana, onde as ripas se inclinam juntas para controlar a quantidade de luz que entra. Quando um peixe-zebra está estressado, todos os cristais se inclinam em um ângulo de 20 graus, alterando o espaçamento entre eles e o ângulo da luz que os atinge. Isso altera as propriedades ópticas dos cristais no iridóforo, fazendo com que as listras do peixe mudem de azul para amarelo.
Em seguida, os pesquisadores usaram imagens ao vivo para entender o que estava impulsionando esse processo. Depois de induzir artificialmente uma resposta ao estresse nos peixes, a equipe descobriu que a inclinação era possibilitada por proteínas motoras chamadas dineína, que caminham ao longo dos microtúbulos dentro da célula e se conectam aos cristais, puxando-os e inclinando-os para criar a mudança de cor.
O processo é regulado por uma molécula chamada AMP cíclico, uma molécula de segundo mensageiro que é ativada quando o peixe está estressado. O AMP cíclico envia um sinal para muitas células do peixe ao mesmo tempo, desencadeando a inclinação e fazendo com que todas as listras mudem de cor simultaneamente.
Além de fornecer um mecanismo para a mudança estrutural de cor, as novas descobertas podem ajudar a esclarecer por que alguns animais formam esses cristais moleculares, que em humanos podem formar pedras nos rins e gota. Eles também poderiam informar o design de materiais e dispositivos feitos pelo homem que aproveitam essas propriedades naturais.
“Para mim, trata-se realmente de uma ciência movida pela curiosidade:tudo o que fazemos é porque queremos compreender melhor a natureza”, diz Gur, acrescentando que é notável ver como organismos minúsculos podem alcançar algo que os humanos, com a sua tecnologia avançada. , não pode. "Mas, disso podem surgir muitas coisas diferentes que eventualmente também poderiam ser úteis, desde o uso da natureza como fonte para aprender princípios de biomimética, até dispositivos ópticos que usam abordagens semelhantes, até cristais fotônicos sintonizáveis de próxima geração."
