Novas pesquisas revelam que o mesoderma da cabeça dos vertebrados evoluiu a partir de um mesoderma antigo e distinto, desafiando as visões tradicionais sobre a evolução do crânio dos vertebrados. Técnicas avançadas de microscopia mostraram que o mesoderma da cabeça em embriões de lampreia é fundamentalmente diferente dos somitos, indicando uma divergência precoce na evolução dos vertebrados.
Os cientistas estão a examinar o desenvolvimento de embriões de lampreia para esclarecer a origem da cabeça dos vertebrados, o que poderá melhorar a nossa compreensão dos vertebrados ancestrais.
As origens do crânio dos vertebrados continuam sendo um assunto de muito debate entre os biólogos evolucionistas. Há quem defenda que o desenvolvimento da cabeça dos vertebrados pode ser atribuído a alterações nas partes segmentadas do corpo, como as vértebras e os somitos. Em contraste, alguns cientistas defendem a opinião de que a cabeça dos vertebrados emergiu como uma parte distinta e não segmentada do corpo, não ligada aos segmentos embrionários comumente vistos, conhecidos como somitos.
Curiosamente, estudos anteriores em embriões revelaram a presença de alguns vestígios de somitos no mesoderma da cabeça (por exemplo, cavidades da cabeça e somitômeros). No entanto, a homologia entre os somitos do tronco e esses segmentos da cabeça tem sido controversa.
A incapacidade de compreender as origens evolutivas da cabeça dos vertebrados também pode ser atribuída à falta de estudos sobre espécies como as lampreias, que são conhecidas por compartilharem várias características com fósseis sem mandíbula vertebrados e retêm características primitivas relacionadas ao mesoderma da cabeça. Embora alguns estudos tenham se concentrado na morfologia embrionária das lampreias, eles muitas vezes falharam devido a desafios como destruição de tecidos e fixação ácida durante o exame, dificultando a observação da formação do mesoderma da cabeça e dos somitos do tronco.
Avanços Recentes na Pesquisa
Agora, no entanto, uma equipe de pesquisa liderada pelo professor assistente Takayuki Onai, da Universidade de Fukui, no Japão, utilizou técnicas avançadas como microscopia eletrônica de transmissão e microscopia eletrônica de varredura serial em bloco (SBF-SEM) para compreender o desenvolvimento do mesoderma da cabeça. e somitos em embriões de lampreia. Os pesquisadores também analisaram a morfologia e os padrões de expressão gênica de cefalocordados e hemicordados (ambos sendo invertebrados) para compreender as origens dos somitos e do mesoderma da cabeça de uma perspectiva evolutiva.
Estes peixes primitivos sem mandíbula podem conter pistas sobre a origem evolutiva das cabeças dos vertebrados, como evidenciado por análises embriológicas detalhadas. Crédito: Takayuki Onai da Universidade de Fukui
Este artigo foi publicado recentemente na revista iCiênciae é coautor do Dr. Noritaka Adachi da Aix-Marseille Université, Dr. Mami Matsumoto do NIPS e da Universidade da Cidade de Nagoya, e Dr. Nobuhiko Ohno do NIPS e da Universidade Médica de Jichi.
Para esclarecer a presença ou ausência de somitos no mesoderma da cabeça durante os estágios iniciais de diversificação, os pesquisadores se concentraram nas rosetas, que são os principais padrões de somitos e são importantes para o desenvolvimento subsequente das vértebras. Suas observações iniciais de embriões de lampreia mostraram que o tecido intimamente relacionado à formação dos músculos faciais e outros elementos do crânio, conhecido como mesoderma da cabeça, apresentava aglomerados de células com características semelhantes às rosetas de somitos.
Para esclarecer se esses aglomerados de células eram de fato rosetas, eles conduziram experimentos ultraestruturais, incluindo SBF-SEM e análise de expressão gênica. Este exame da morfologia celular e da expressão genética revelou que os aglomerados de células eram claramente distintos das rosetas. “Os aglomerados de células que observamos são provavelmente características específicas da lampreia, uma vez que não são reconhecíveis no mesoderma da cabeça dos embriões de peixe-bruxa e de tubarão”, explica o Dr.
Expressão Gênica e Descobertas Evolutivas
Além disso, a análise da expressão gênica também revelou a ausência de expressão segmentar de genes relacionados à somitogênese, indicando sua distinção em relação aos somitos. Estas descobertas indicam que o padrão de roseta normalmente visto nos somitos não é necessariamente a característica essencial ou mais básica que define o processo de segmentação corporal.
Além disso, os experimentos fornecem evidências de que o mesoderma da cabeça dos vertebrados divergiu durante as fases iniciais da evolução dos vertebrados. Além disso, uma comparação de embriões de hemicordados (um deuterostômio basal), anfioxo (um cordado basal) e vertebrados revelou que os somitos provavelmente surgiram do tecido “endomesoderme” de um antigo ancestral deuterostômio. A origem evolutiva dos somitos tem sido a questão central da zoologia há mais de 150 anos e, neste estudo, Onai et al., revelaram o enigma. Em relação ao mecanismo evolutivo para o surgimento do mesoderma da cabeça, eles descobriram que o mesoderma da cabeça emergiu da segregação dos genes mesodérmicos entre as partes anterior e posterior (eixo rostro-caudal) dos organismos.
“Em conjunto, nossas descobertas revelaram uma origem evolutiva diferente para o mesoderma da cabeça dos vertebrados, sugerindo que ele evoluiu a partir da repadronização de um mesoderma antigo e se diversificou antes mesmo do surgimento dos vertebrados com mandíbula”, conclui o Dr.
Em resumo, a descoberta de que os aglomerados de células presentes no mesoderma da cabeça são distintos morfológica e molecularmente dos somitos favorece um novo modelo onde o mesoderma da cabeça dos vertebrados divergiu durante a evolução inicial. Isto lança mais luz sobre o antigo debate sobre a evolução da cabeça dos vertebrados e pode ajudar-nos a avançar na compreensão das nossas próprias origens.
Referência: “A ultraestrutura da evolução do mesoderma da cabeça da lampreia revela a cabeça dos vertebrados” por Takayuki Onai, Noritaka Adachi, Hidetoshi Urakubo, Fumiaki Sugahara, Toshihiro Aramaki, Mami Matsumoto e Nobuhiko Ohno, 13 de novembro de 2023, iCiência.
DOI: 10.1016/j.isci.2023.108338
