Só porque um animal é macio e mole não significa que não seja resistente. Experimentos na Rice University mostram que a humilde hidra é um bom exemplo.

A hidra não parece envelhecer - e aparentemente nunca morre de velhice. Se você cortar um em dois, você obtém hidra. E cada um pode comer animais com o dobro de seu tamanho.

Essas bestas são sobreviventes, e isso os torna dignos de estudo, de acordo com o engenheiro elétrico e de computação de Rice, Jacob Robinson.

Robinson e sua equipe desenvolveram métodos para encurralar os minúsculos, hidras semelhantes a lulas e realizam a primeira caracterização abrangente das relações entre a atividade neural e os movimentos musculares dessas criaturas. Seus resultados aparecem no jornal Lab on a Chip da Royal Society of Chemistry.

Os pesquisadores usaram vários métodos para revelar os padrões neurais básicos que impulsionam as atividades da hidra vulgaris de água doce:Eles imobilizaram os animais no estreito, passagens carregadas de agulhas, jogou-os em arenas com cerca de um décimo do tamanho de uma moeda de dez centavos e permitiu que explorassem espaços abertos. Eles esperam que sua análise os ajude a identificar padrões que foram conservados pela evolução em arquiteturas cerebrais maiores.

Robinson é um neuroengenheiro com experiência em microfluídica, a manipulação de fluidos e seus conteúdos em pequena escala. Seu laboratório desenvolveu uma série de sistemas baseados em chips que permitem aos cientistas controlar os movimentos e até mesmo sequestrar sistemas biológicos - células e pequenos animais - para estudá-los de perto e por longos períodos de tempo.

O laboratório estudou todos os itens acima com seu costume, sistemas microfluídicos de alto rendimento, com vermes representando a parte "animal".

Mas hidra, cujo topo tem cerca de meio centímetro de comprimento, vêm em tamanhos diferentes e mudam suas formas à vontade. Isso apresentou desafios específicos para os engenheiros.

"C. elegans (lombrigas) e hidra têm semelhanças, "Robinson disse." Eles são pequenos e transparentes e têm relativamente poucos neurônios, e isso torna mais fácil observar a atividade de todas as células cerebrais ao mesmo tempo.

"Mas existem enormes diferenças biológicas, "disse ele." O verme tem exatamente 302 neurônios, e sabemos exatamente como ele é conectado. Hydrae pode crescer e encolher. Eles podem ser cortados em pedaços e formar novos animais, portanto, o número de neurônios internos pode mudar por fatores de 10.

"Isso significa que há uma diferença fundamental na neurobiologia dos animais:onde o verme tem que ter um circuito exato, a hidra pode ter qualquer número de circuitos, reorganizar de maneiras diferentes e ainda executar comportamentos relativamente semelhantes. Isso os torna muito divertidos de estudar. "

A plataforma de microfluídica permite ao laboratório sequestrar uma única hidra por até 10 horas para estudar a atividade neurológica durante comportamentos distintos, como coluna corporal e contração de tentáculos, curvatura e translocação. Algumas das hidras eram selvagens, enquanto outros foram modificados para expressar proteínas fluorescentes ou outras. Porque a melhor maneira de caracterizar uma hidra é observá-la por cerca de uma semana, o laboratório está construindo uma série de chips microfluídicos carregados de câmeras para produzir filmes com lapso de tempo de até 100 animais de uma vez.

"Se você olhar para eles a olho nu, eles apenas sentam lá, "Robinson disse." Eles são meio chatos. Mas se você acelerar as coisas com imagens de lapso de tempo, eles estão realizando todos os tipos de comportamentos interessantes. Eles estão testando seu ambiente; eles estão se movendo para frente e para trás. "

Os testes eletrofisiológicos foram possibilitados pelo desenvolvimento do laboratório de Nano-SPEARs, sondas microscópicas que medem a atividade elétrica nas células individuais de pequenos animais. As agulhas se estendem do centro do dispositivo de captura em forma de ampulheta e penetram nas células de uma hidra sem causar danos permanentes ao animal.

Nano-SPEARS não parecem medir a atividade dos neurônios dentro do animal, então, os pesquisadores usaram proteínas sensíveis ao cálcio para disparar sinais fluorescentes nas células da hidra e produziram filmes com lapso de tempo em que os neurônios se iluminavam à medida que se contraíam. "Usamos cálcio como um proxy para a atividade elétrica dentro da célula, "Robinson disse." Quando uma célula se torna ativa, o potencial elétrico através de sua membrana muda. Os canais de íons se abrem e permitem que o cálcio entre. "Com esta abordagem, o laboratório pode identificar os padrões de atividade neural que impulsionam as contrações musculares.

"Imagens de cálcio nos dão resolução espacial, então eu sei onde as células estão ativas, "disse ele." É importante entender como funciona o cérebro deste organismo. "

Manipular a hidra é uma habilidade adquirida, de acordo com o estudante de graduação e autor principal Krishna Badhiwala. "Se você manuseá-los com pipetas, eles são realmente fáceis, mas eles se prendem a praticamente qualquer coisa, " ela disse.

"É um pouco difícil agrupá-los em microfluídicos porque eles são, na verdade, apenas um corpo com duas camadas de células, "Badhiwala disse." Você pode imaginá-los sendo facilmente destruídos. Eventualmente, chegamos ao ponto em que somos realmente bons em inseri-los sem danificá-los muito. Requer apenas alguma destreza e estabilidade. "

Com este e outros estudos futuros, a equipe espera conectar a atividade neural e a resposta muscular para aprender sobre conexões semelhantes em outros membros do reino animal.

"C. elegans, drosófila (moscas da fruta), ratos, ratos e humanos são bilaterais, "Robinson disse." Todos nós temos simetria bilateral. Isso significa que compartilhamos um ancestral comum, centenas de milhões de anos atrás. Hydrae pertence a outro grupo de animais chamados cnidários, que são radialmente simétricos. São coisas como águas-vivas, e eles têm um ancestral mais distante.

"Mas a hidra e os humanos compartilhavam um ancestral comum que acreditamos ter sido o primeiro animal a ter neurônios, "disse ele." Deste ancestral vieram todos os sistemas nervosos que vemos hoje.

"Ao observar organismos em diferentes partes da árvore filogenética, podemos pensar sobre o que é comum a todos os animais com sistema nervoso. Por que temos sistema nervoso? Para que serve? Quais são as coisas que uma hidra pode fazer, que vermes e humanos também podem fazer? Quais são as coisas que eles não podem fazer?

"Esses tipos de perguntas nos ajudarão a entender como desenvolvemos o sistema nervoso que temos, "Robinson disse.

Os co-autores são os alunos de pós-graduação da Rice Daniel Gonzales e Benjamin Avants e o ex-aluno Daniel Vercosa, agora engenheiro da Intel Corp. Robinson é professor assistente de engenharia elétrica e de computação.