Muitas criaturas marinhas liberam óvulos e esperma na água nas noites certas do mês. Os pesquisadores estão começando a entender os ritmos biológicos que os sincronizam com as fases da lua.
É noite na ponta norte do Mar Vermelho, no Golfo de Aqaba, e Tom Shlesinger se prepara para mergulhar. Durante o dia, o fundo do mar fica cheio de vida e cor; à noite parece muito mais estranho. Shlesinger está esperando por um fenômeno que ocorre uma vez por ano para uma infinidade de espécies de corais, muitas vezes várias noites após a lua cheia.
Guiado por uma lanterna, ele o avista: coral liberando um feixe colorido de óvulos e espermatozóides, bem compactados. “Você está olhando para ele e começa a fluir para a superfície”, diz Shlesinger. “Então você levanta a cabeça, se vira e percebe: todas as colônias da mesma espécie estão fazendo isso agora.”
Algumas espécies de corais soltam feixes de cor rosa-arroxeada, outras soltam amarelos, verdes, brancos ou de várias outras tonalidades. “É uma sensação estética bastante agradável”, diz Shlesinger, ecologista marinho da Universidade de Tel Aviv e do Instituto Interuniversitário de Ciências Marinhas em Eilat, Israel, que testemunhou o show durante muitos anos de mergulho. Os corais geralmente desovam à tarde e à noite dentro de uma janela de tempo apertada de 10 minutos a meia hora. “O tempo é tão preciso que você pode acertar o relógio quando isso acontecer”, diz Shlesinger.
Ritmos controlados pela lua em criaturas marinhas foram observados por séculos. Há suposições calculadas, por exemplo, que em 1492 Cristóvão Colombo encontrou uma espécie de verme marinho brilhante envolvido em uma dança de acasalamento lunar, como a “chama de uma pequena vela levantada e abaixada alternadamente”. Acredita-se que diversos animais, como mexilhões marinhos, corais, vermes poliquetas e certos peixes, sincronizem seu comportamento reprodutivo com a Lua. A razão crucial é que tais animais – por exemplo, mais de cem espécies de corais na Grande Barreira de Coral – liberam seus óvulos antes que ocorra a fertilização, e a sincronização maximiza a probabilidade de um encontro entre óvulos e espermatozoides.
Como funciona? Isso tem sido um mistério, mas os pesquisadores estão se aproximando da compreensão. Eles sabem há pelo menos 15 anos que os corais, como muitas outras espécies, contêm proteínas sensíveis à luz chamadas criptocromos, e relataram recentemente que no coral duro, Dipsastraea speciosa, um período de escuridão entre o pôr do sol e o nascer da lua parece ser a chave para desencadear a desova. alguns dias depois.
Agora, com a ajuda do verme de cerdas marinhas Platynereis dumerilii, os pesquisadores começaram a desvendar o mecanismo molecular pelo qual uma miríade de espécies marinhas pode prestar atenção ao ciclo da Lua.
O verme de cerdas vem originalmente da Baía de Nápoles, mas foi criado em laboratórios desde a década de 1950. É particularmente adequado para tais estudos, diz Kristin Tessmar-Raible, cronobióloga da Universidade de Viena. Durante sua estação reprodutiva, ele desova por alguns dias após a Lua Cheia: os vermes adultos sobem em massa à superfície da água em uma hora escura, iniciam uma dança nupcial e liberam seus gametas. Após a reprodução, os vermes explodem e morrem.
As ferramentas que as criaturas precisam para tal precisão de tempo – até os dias do mês e depois até as horas do dia – são semelhantes ao que precisaríamos para marcar uma reunião, diz Tessmar-Raible. “Integramos diferentes tipos de sistemas de cronometragem: um relógio, um calendário”, diz ela. No caso do verme, os sistemas de cronometragem necessários são um relógio diário – ou circadiano – junto com outro relógio circalunar para sua contagem mensal.
Para explorar o tempo do worm, o grupo de Tessmar-Raible iniciou experimentos com genes do worm que carregam instruções para fazer criptocromos. O grupo se concentrou especificamente em um criptocromo em vermes de cerdas chamado L-Cry. Para descobrir seu envolvimento na desova sincronizada, eles usaram truques genéticos para inativar o gene l-cry e observar o que aconteceu com o relógio lunar do verme. Eles também realizaram experimentos para analisar a proteína L-Cry.
Embora a história esteja longe de estar completa, os cientistas têm evidências de que a proteína desempenha um papel fundamental em algo muito importante: distinguir a luz do sol da luz da lua. L-Cry é, de fato, “um intérprete de luz natural”, escrevem Tessmar-Raible e os coautores em uma visão geral de 2023 sobre ritmos em criaturas marinhas na Revisão Anual de Ciências Marinhas.
O papel é crucial, porque para sincronizar e gerar na mesma noite, as criaturas precisam ser capazes de acompanhar os padrões da Lua em seu ciclo de aproximadamente 29,5 dias – da Lua Cheia, quando o luar é brilhante e dura a noite toda, até as iluminações mais fracas e de duração mais curta conforme a lua cresce e mingua.
Quando L-Cry estava ausente, descobriram os cientistas, os vermes não discriminavam adequadamente. Os animais sincronizavam-se estreitamente com os ciclos lunares artificiais de luz e escuridão dentro do laboratório – aqueles em que a “luz do sol” era mais fraca do que o sol real e a “luz da lua” era mais brilhante do que a lua real. Em outras palavras, worms sem L-Cry se agarraram a ciclos de luz irreais. Em contraste, os vermes normais que ainda produziam a proteína L-Cry eram mais perspicazes e sincronizavam melhor seus relógios lunares corretamente quando a iluminação noturna correspondia mais ao ambiente natural do verme de cerdas.
Os pesquisadores também acumularam outras evidências de que o L-Cry é um jogador importante na cronometragem lunar, ajudando a discernir a luz do sol do luar. Eles purificaram a proteína L-Cry e descobriram que ela consiste em duas cadeias de proteínas unidas, com cada metade contendo uma estrutura de absorção de luz conhecida como flavina. A sensibilidade de cada flavina à luz é muito diferente. Por causa disso, o L-Cry pode responder tanto à luz forte semelhante à luz do sol quanto à luz fraca equivalente ao luar – luz acima de cinco ordens de magnitude de intensidade – mas com consequências muito diferentes.
Após quatro horas de exposição fraca ao “luar”, por exemplo, ocorreram reações químicas induzidas pela luz na proteína – fotorredução -, atingindo um máximo após seis horas de exposição contínua ao “luar”. Seis horas são significativas, observam os cientistas, porque o verme encontraria apenas seis horas de luar nos momentos em que a lua estava cheia. Isso, portanto, permitiria que a criatura se sincronizasse com os ciclos lunares mensais e escolhesse a noite certa para desovar. “Acho muito emocionante podermos descrever uma proteína que pode medir as fases da Lua”, diz Eva Wolf, bióloga estrutural do IMB Mainz e da Johannes Gutenberg University Mainz, e colaboradora de Tessmar-Raible no trabalho.
Como o verme sabe que está sentindo a luz da lua, e não a luz do sol? Sob condições de luar, apenas uma das duas flavinas foi fotorreduzida, descobriram os cientistas. Em contraste, ambas as moléculas de flavina foram fotoreduzidas, e muito rapidamente. Além disso, esses dois tipos de L-Cry acabaram em diferentes partes das células do verme: a proteína totalmente fotorreduzida no citoplasma, onde foi rapidamente destruída, e as proteínas L-Cry parcialmente fotorreduzidas no núcleo.
Em suma, a situação é semelhante a ter “um ‘sensor de pouca luz’ altamente sensível para detecção de luar com um ‘sensor de luz alta’ muito menos sensível para detecção de luz solar”, concluem os autores em um relatório publicado em 2022.
Muitos quebra-cabeças permanecem, é claro. Por exemplo, embora presumivelmente os dois destinos distintos das moléculas L-Cry transmitam diferentes sinais biológicos dentro do verme, os pesquisadores ainda não sabem o que são. E embora a proteína L-Cry seja a chave para discriminar a luz solar da luz da lua, outras moléculas sensíveis à luz devem estar envolvidas, dizem os cientistas.
Em um estudo separado, os pesquisadores usaram câmeras no laboratório para registrar a explosão da atividade de natação (a “dança nupcial do verme”) que ocorre quando um verme começa a desovar, e seguiu com experimentos genéticos. E eles confirmaram que outra molécula é a chave para o verme desovar durante a janela certa de uma a duas horas – a parte escura daquela noite entre o pôr do sol e o nascer da lua – nas noites de desova designadas.
Chamada de r-opsina, a molécula é extremamente sensível à luz, descobriram os cientistas – cerca de cem vezes mais do que a melanopsina encontrada no olho humano médio. Ele modifica o relógio diário do verme agindo como um sensor de nascer da lua, propõem os pesquisadores (a Lua nasce sucessivamente mais tarde a cada noite). A ideia é que combinar o sinal do sensor r-Opsin com as informações do L-Cry sobre que tipo de luz é permite que o verme escolha o momento certo na noite de desova para subir à superfície e liberar seus gametas.
Cronometristas residentes
À medida que os biólogos separam os cronometristas necessários para sincronizar as atividades em tantas criaturas marinhas, as perguntas surgem. Onde, exatamente, esses cronometristas residem? Em espécies nas quais os relógios biológicos foram bem estudados – como Drosophila e camundongos – esse cronometrista central está alojado no cérebro. No cerdas marinhas, os relógios existem em seu prosencéfalo e nos tecidos periféricos de seu tronco. Mas outras criaturas, como corais e anêmonas-do-mar, nem sequer têm cérebro. “Existe uma população de neurônios que atua como um relógio central ou é muito mais difusa? Realmente não sabemos”, diz Ann Tarrant, bióloga marinha da Woods Hole Oceanographic Institution que estuda a cronobiologia da anêmona-do-mar Nematostella vectensis.
Os cientistas também estão interessados em saber quais papéis são desempenhados por micróbios que podem viver com criaturas marinhas. Corais como o Acropora, por exemplo, costumam ter algas vivendo simbioticamente dentro de suas células. “Sabemos que algas como essa também têm ritmos circadianos”, diz Tarrant. “Então, quando você tem um coral e uma alga juntos, é complicado saber como isso funciona.”
Os pesquisadores também estão preocupados com o destino de eventos sincronizados espetaculares, como a desova de corais em um mundo poluído por luz. Se os mecanismos do relógio de coral são semelhantes aos do verme de cerdas, como as criaturas seriam capazes de detectar adequadamente a Lua Cheia natural? Em 2021, os pesquisadores relataram estudos de laboratório demonstrando que a poluição luminosa pode dessincronizar a desova em duas espécies de corais – Acropora millepora e Acropora digitifera – encontradas no Oceano Indo-Pacífico.
Shlesinger e seu colega Yossi Loya viram exatamente isso em populações naturais, em várias espécies de corais no Mar Vermelho. Reportando em 2019, os cientistas compararam quatro anos de observações de desova com dados do mesmo local 30 anos antes. Três das cinco espécies que eles estudaram mostraram assincronia de desova, levando a menos – ou nenhum – casos de novos corais pequenos no recife.
Juntamente com a luz artificial, Shlesinger acredita que pode haver outros culpados envolvidos, como poluentes químicos que desregulam o sistema endócrino. Ele está trabalhando para entender isso – e para saber por que algumas espécies permanecem inalteradas.
Com base em suas observações subaquáticas até o momento, Shlesinger acredita que cerca de 10 das 50 espécies que ele observou podem estar sincronizadas no Mar Vermelho, cuja porção norte é considerada um refúgio de mudança climática para corais e não experimentou eventos de branqueamento. “Suspeito”, diz ele, “que ouviremos falar de mais problemas como esse em outros lugares do mundo e em mais espécies”.
Publicado em 19/03/2023 07h56
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