Os polvos não são como os humanos – são invertebrados com oito braços e estão mais relacionados com amêijoas e caracóis. Apesar disso, eles desenvolveram sistemas nervosos complexos com tantos neurônios quanto no cérebro dos cães, permitindo que exibam uma ampla gama de comportamentos complexos.
Isso os torna um assunto interessante para pesquisadores como Melina Hale, Ph.D., William Rainey Harper, professor de biologia do organismo e vice-reitor da Universidade de Chicago, que desejam entender como as estruturas alternativas do sistema nervoso podem desempenhar as mesmas funções que as do humanos, como sentir o movimento dos membros e controlar o movimento.
Em um estudo recente publicado na Current Biology, Hale e seus colegas descobriram uma característica nova e surpreendente do sistema nervoso do polvo: uma estrutura que permite que os cordões nervosos intramusculares (INCs), que ajudam o polvo a sentir o movimento do braço, conectem os braços em lados opostos do animal.
A descoberta surpreendente fornece novos insights sobre como as espécies de invertebrados evoluíram independentemente sistemas nervosos complexos. Também pode fornecer inspiração para a engenharia robótica, como novos dispositivos subaquáticos autônomos.
“No meu laboratório, estudamos a mecanosensação e a propriocepção – como o movimento e o posicionamento dos membros são sentidos”, disse Hale. “Há muito se pensa que esses INCs são proprioceptivos, então eles foram um alvo interessante para ajudar a responder aos tipos de perguntas que nosso laboratório está fazendo. Até agora, não havia muito trabalho feito com eles, mas experimentos anteriores indicaram que eles são importantes para o controle do braço.”
Graças ao apoio à pesquisa de cefalópodes oferecido pelo Laboratório de Biologia Marinha, Hale e sua equipe puderam usar polvos jovens para o estudo, que eram pequenos o suficiente para permitir que os pesquisadores visualizassem a base de todos os oito braços de uma só vez. Isso permitiu que a equipe rastreasse os INCs através do tecido para determinar seu caminho.
“Esses polvos tinham aproximadamente o tamanho de uma moeda ou talvez um quarto, então foi um processo fixar os espécimes na orientação correta e obter o ângulo certo durante o corte [para geração de imagens]”, disse Adam Kuuspalu, pesquisador sênior Analista da UChicago e principal autor do estudo.
Inicialmente, a equipe estava estudando os cordões nervosos axiais maiores nos braços, mas começou a perceber que os INCs não paravam na base do braço, mas continuavam fora do braço e dentro do corpo do animal. Percebendo que pouco trabalho havia sido feito para explorar a anatomia dos INCs, eles começaram a traçar os nervos, esperando que eles formassem um anel no corpo do polvo, semelhante aos cordões nervosos axiais.
Por meio de imagens, a equipe determinou que, além de percorrer o comprimento de cada braço, pelo menos dois dos quatro INCs se estendem para o corpo do polvo, onde contornam os dois braços adjacentes e se fundem com o INC do terceiro braço. Esse padrão significa que todos os braços estão conectados simetricamente.
Foi um desafio, no entanto, determinar como o padrão se manteria em todos os oito braços. “Enquanto imaginávamos, percebemos que eles não estavam todos se unindo como esperávamos, todos pareciam estar indo em direções diferentes, e estávamos tentando descobrir como, se o padrão fosse válido para todos os braços, como isso aconteceria? trabalhar?” disse Hal. “Eu até peguei um daqueles brinquedos infantis – um Spirograph – para brincar com a aparência, como tudo se conectaria no final. Foram necessárias muitas imagens e brincadeiras com desenhos enquanto quebrávamos nossos cérebros sobre o que poderia estar acontecendo antes de ficar claro como tudo se encaixava.”
Os resultados não foram nada do que os pesquisadores esperavam encontrar.
“Achamos que este é um novo design para um sistema nervoso baseado em membros”, disse Hale. “Não vimos nada parecido em outros animais.”
Os pesquisadores ainda não sabem para que função esse design anatômico pode servir, mas eles têm algumas ideias.
“Alguns artigos mais antigos compartilharam informações interessantes”, disse Hale. “Um estudo da década de 1950 mostrou que quando você manipula um braço de um lado do polvo com áreas cerebrais lesionadas, você vê os braços respondendo do outro lado. Portanto, pode ser que esses nervos permitam o controle descentralizado de uma resposta ou comportamento reflexivo. Dito isso, também vemos que as fibras saem dos cordões nervosos para os músculos ao longo de seus tratos, então elas também podem permitir uma continuidade de feedback proprioceptivo e controle motor ao longo de seus comprimentos.
A equipe está atualmente realizando experimentos para ver se eles podem obter informações sobre esta questão, analisando a fisiologia dos INCs e seu layout exclusivo. Eles também estão estudando o sistema nervoso de outros cefalópodes, incluindo lulas e chocos, para ver se eles compartilham uma anatomia semelhante.
Em última análise, Hale acredita que, além de iluminar as maneiras inesperadas pelas quais uma espécie de invertebrado pode projetar um sistema nervoso, a compreensão desses sistemas pode ajudar no desenvolvimento de novas tecnologias de engenharia, como robôs.
“Os polvos podem ser uma inspiração biológica para o design de dispositivos submarinos autônomos”, disse Hale. “Pense em seus braços – eles podem dobrar em qualquer lugar, não apenas nas articulações. Eles podem torcer, estender os braços e operar suas ventosas, tudo de forma independente. A função de um braço de polvo é muito mais sofisticada do que a nossa, então entender como os polvos integram informações sensório-motoras e controle de movimento pode apoiar o desenvolvimento de novas tecnologias.”
Publicado em 30/12/2022 09h46
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