Pesquisadores revelam origens evolutivas do apetite estudando o sistema nervoso simples de Hydra
Os pesquisadores do CRC 1182 descobriram que Hydra tem duas populações nervosas específicas, indiretamente conectadas (de cor azul e amarela), cuja atividade muda dependendo da sensação de saciedade. Crédito:Dr. Christoph Giez Ao longo da evolução, os organismos vivos desenvolveram gradualmente sistemas nervosos mais complexos, a fim de coordenar funções sensoriais, motoras e cognitivas cada vez mais complexas e de controlar o comportamento associado.
Recentemente, diferentes projetos de investigação mostraram que mesmo criaturas simples com sistemas nervosos difusos podem exibir um comportamento neuronal complexo, por exemplo, o processamento de sinais visuais ou a chamada aprendizagem associada.
Pesquisadores do grupo de Biologia Celular e do Desenvolvimento do Instituto de Zoologia da Universidade de Kiel estão estudando um desses organismos multicelulares simples, o pólipo de água doce Hydra.
Em estudos anteriores, a equipa de investigação do Collaborative Research Center (CRC) 1182 “Origem e Função dos Metaorganismos” liderada pelo Professor Thomas Bosch encontrou ligações entre o comportamento alimentar da Hydra e os neurónios envolvidos.
Os pesquisadores identificaram certas populações nervosas do pólipo de água doce que controlam a abertura da boca dos animais, entre outras coisas. Num estudo de acompanhamento, observaram que os animais alimentados reagiam de forma diferente aos estímulos alimentares e também apresentavam locomoção reduzida após a alimentação em comparação com indivíduos famintos.
Numa próxima etapa, os investigadores querem agora descobrir como os animais integram um estado metabólico complexo, como a saciedade, e mudam o seu comportamento em conformidade. Em seu estudo, a equipe de pesquisa conseguiu provar que o sistema nervoso da Hydra pode realmente “medir” o estado metabólico interno.
Eles descobriram que Hydra possui duas populações nervosas específicas e indiretamente conectadas, cuja atividade muda dependendo da sensação de saciedade. Semelhante aos organismos muito mais complexos dos vertebrados, uma população nervosa é responsável pela digestão e outra pela integração da saciedade e pelas mudanças de comportamento.
Tomados em conjunto, estes resultados podem sugerir estágios iniciais de um sistema nervoso centralizado. A equipe de pesquisa do CRC 1182, que também atua no Collaborative Research Center 1461 "Neurotronics", publicou seus novos resultados na revista Cell Reports. .
A sensação de saciedade na Hydra influencia a alimentação e os comportamentos relacionados
Primeiro, os pesquisadores investigaram a influência direta da ingestão alimentar no comportamento alimentar da Hydra. Os animais que foram alimentados com alimentos naturais mostraram uma reação limitada aos estímulos alimentares por até oito horas depois e abriram a boca significativamente mais lentamente ou nem abriram.
Em experiências adicionais, a equipa de investigação observou outras mudanças comportamentais que estavam indiretamente relacionadas com a ingestão de alimentos. “Por exemplo, depois de alimentar os animais, eles mostraram uma atração significativamente menor por estímulos luminosos e uma supressão igualmente forte dos padrões naturais de movimento.
“Uma possibilidade é que Hydra se mova em direção à luz em busca de alimento, realizando uma locomoção semelhante a uma cambalhota. Portanto, a sensação de saciedade inibe esses padrões de comportamento, já que animais alimentados temporariamente não precisam procurar alimento”, diz o Dr. Giez, pesquisador associado do grupo de pesquisa Biologia Celular e do Desenvolvimento.
Crédito:Relatórios de Células (2024). DOI:10.1016/j.celrep.2024.114210
A atividade das células nervosas depende do estado metabólico interno
Na etapa seguinte, os pesquisadores de Kiel investigaram a questão de como funciona o controle neuronal desses extensos padrões comportamentais e se a “detecção” do estado metabólico pode ser detectada na atividade de certas células nervosas.
“Uma população nervosa específica na camada externa do tecido mostra uma frequência aumentada durante a alimentação, independentemente de ainda haver comida na cavidade corporal ou não. Essa atividade diminui novamente com o tempo, até que o animal retorne ao comportamento alimentar normal novamente”, diz Giez. .
A actividade de outra população nervosa na camada interna do tecido dos animais é determinada pela presença ou não de alimento no tracto digestivo do animal. A sua ativação parece depender da estimulação mecânica dos componentes alimentares.
Os pesquisadores realizaram mais experimentos funcionais para investigar uma conexão entre a atividade dessas duas populações nervosas na chamada endoderme e ectoderme e o comportamento animal dependendo de sua saciedade.
Quando removeram experimentalmente os neurônios do ectoderma, os animais perderam a capacidade de locomoção e orientação em direção à luz. As células nervosas endodérmicas, por outro lado, estão diretamente relacionadas à ingestão e excreção alimentar.
“Poderíamos deduzir assim que a população ectodérmica é a principal responsável pela locomoção e pela integração de estímulos”, diz Giez. “Ao demonstrar esta subfuncionalização de neurônios em um sistema simples, fomos capazes de mostrar que certas populações nervosas em Hydra já podem assumir funções centrais semelhantes às de sistemas nervosos mais complexos”.
As populações nervosas envolvidas no comportamento alimentar liberam neuropeptídeos inibitórios
Finalmente, a equipe de pesquisa investigou se certos peptídeos ou neurotransmissores associados ao comportamento alimentar são produzidos em diferentes graus em hidras famintas e saciadas.
“Descobrimos que um determinado neuropeptídeo é significativamente regulado negativamente em animais saciados. Já se sabia que esse neurotransmissor também está envolvido no controle da locomoção em forma de cambalhota dos animais, nas contrações e na regulação da saciedade em outros cnidários”, diz Giez.
É possível que este peptídeo, produzido apenas pelas populações nervosas envolvidas no comportamento alimentar, desempenhe um papel importante na regulação do apetite em Hydra, possivelmente desempenhando um papel na comunicação indireta entre as populações nervosas internas e externas.
No geral, os investigadores do CRC 1182 foram assim capazes de traçar a regulação neuronal da saciedade em Hydra principalmente a duas populações nervosas e aos seus efeitos num espectro completo de padrões comportamentais relacionados com a alimentação.
“Isto prova que um sistema muito simples, como a rede nervosa difusa do pólipo de água doce, já é capaz de detectar algo tão complexo como o estado metabólico interno e pode regular os comportamentos relacionados em conformidade.
“Com base nestas observações, poderemos aprender mais sobre como funciona esta modulação em organismos mais complexos e, assim, aprender gradualmente mais sobre as origens evolutivas da sensação de fome e o seu posterior desenvolvimento”, afirma o chefe do grupo de investigação, Professor Tomás Bosch.
