O papa-moscas-de-barriga-amarela (Empidonax flaviventris) é um pequeno insetívoro da família dos papa-moscas tiranos que não consegue produzir a proteína criptocromo 4. As aves se reproduzem na América do Norte e migram para o sul do México e América Central no inverno. Crédito:Carl von Ossietzky-Universität Oldenburg As aves migratórias são capazes de navegar e orientar-se com uma precisão surpreendente usando vários mecanismos, incluindo uma bússola magnética. Miriam Liedvogel da Universidade de Oldenburg e do Instituto de Pesquisa Aviária "Vogelwarte Helgoland" em Wilhelmshaven comparou agora os genomas de várias centenas de espécies de aves e encontrou mais evidências de que um específico a proteína nos olhos dos pássaros é o magnetorreceptor subjacente a esse processo.
Os pesquisadores descobriram que houve mudanças evolutivas significativas no gene que codifica a proteína criptocromo 4 e que certos grupos de aves o perderam completamente.
Estas descobertas são indicativas de adaptação a condições ambientais variadas e apoiam a teoria de que o criptocromo 4 funciona como uma proteína sensora.
O estudo foi motivado por pesquisas nas Universidades de Oldenburg e Oxford (Reino Unido), que mostraram que a magnetorecepção se baseia em um processo mecânico quântico complexo que ocorre em certas células da retina de aves migratórias.
Em artigo publicado na revista Nature em 2021, a equipe germano-britânica apresentou descobertas segundo as quais era altamente provável que o criptocromo 4 fosse o magnetorreceptor que procuravam:primeiro, conseguiram provar que a proteína está presente na retina das aves e, segundo, ambos os experimentos com proteínas produzidas por bactérias e cálculos de modelos mostraram que o criptocromo 4 exibe o suposto efeito quântico em resposta a campos magnéticos.
Curiosamente, a investigação também demonstrou que estas proteínas são significativamente mais sensíveis aos campos magnéticos nos tordos, que são aves migratórias, do que nas galinhas e pombos, que são espécies residentes.
“Consequentemente, a razão pela qual o criptocromo 4 é mais sensível nos tordos do que nas galinhas e pombos deve ser encontrada na sequência de DNA da proteína”, diz Langebrake, que foi o autor principal. “A sequência provavelmente foi otimizada por processos evolutivos nessas aves migratórias noturnas”.
No presente estudo, a equipe liderada por Langebrake e Liedvogel, portanto, investigou pela primeira vez a magnetorecepção de uma perspectiva evolutiva. Os pesquisadores analisaram os genes do criptocromo 4 de 363 espécies de aves, desde o kiwi malhado até o pardal.
Primeiro, compararam a taxa evolutiva da proteína com a de dois criptocromos relacionados e descobriram que as sequências genéticas dos criptocromos utilizados para comparação eram muito semelhantes em todas as espécies de aves:parecem ter mudado muito pouco ao longo da evolução. Isto provavelmente se deve ao seu papel fundamental na regulação do relógio interno – um mecanismo que é essencial para todas as aves e no qual modificações teriam efeitos extremamente negativos.
O criptocromo 4, por outro lado, provou ser altamente variável. “Isto sugere que a proteína é importante para a adaptação a condições ambientais específicas”, explica Liedvogel, professor de Ornitologia na Universidade de Oldenburg e diretor do Instituto de Pesquisa Aviária. A especialização resultante poderia ser a magnetorecepção. “Um padrão semelhante foi observado em outras proteínas sensoriais, como pigmentos sensíveis à luz no olho”, explica ela.
Os pesquisadores então examinaram mais de perto como a sequência do gene do criptocromo 4 evoluiu na história evolutiva das aves. Os resultados levaram os cientistas a concluir que, em particular, no caso da ordem passeriformes (Passeriformes), a proteína foi otimizada através de seleção rápida. “Nossos resultados indicam que os processos evolutivos podem ter levado o criptocromo 4 a se especializar como magnetorreceptor em pássaros canoros”, diz Langebrake.
Outra descoberta interessante foi que em três clados de aves tropicais – papagaios, beija-flores e Tyranni (Suboscines), também conhecidos como tiranos – a informação do criptocromo 4 foi perdida no processo evolutivo, o que significa que estas aves são incapazes de produzir a proteína . Isso indica que não desempenha um papel vital em sua sobrevivência. No entanto, embora os papagaios e os beija-flores sejam sedentários, alguns tiranos são migrantes de longa distância que, tal como os pequenos pássaros canoros europeus, voam tanto durante o dia como à noite.
“O fato de, ao contrário dos robins, eles não possuírem o criptocromo 4 os torna um sistema ideal para investigar diversas hipóteses sobre a magnetorecepção”, diz Langebrake.
Uma questão interessante aqui é:os Tyranni desenvolveram um sentido magnético que funciona independentemente do criptocromo 4? Ou são capazes de se orientar sem sentido magnético?
Outra possibilidade é que seu sentido magnético tenha as mesmas características do robins, que é dependente da luz e pode ser perturbado por ondas de rádio, por exemplo. “Os dois primeiros cenários corroborariam fortemente a hipótese do criptocromo 4, enquanto o terceiro representaria um problema para a teoria”, enfatiza o biólogo.
Como próximo passo, a equipe de pesquisa planeja investigar a orientação magnética em Tyranni e esclarecer se eles têm ou não sentido magnético. “O clado Tyranni fornece-nos uma ferramenta natural para compreender a função do criptocromo 4 e a importância da magnetorecepção nas aves migratórias”, diz Liedvogel, delineando um ponto de partida para futuras pesquisas.
A pesquisa foi publicada na revista Proceedings of the Royal Society B:Biological Sciences .
