O papa-moscas de barriga amarela (Empidonax de barriga amarela) 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: Corinna Langebrake
Um novo estudo genético sugere que a proteína criptocromo 4 nos olhos das aves é fundamental para as suas capacidades de navegação magnética, com mudanças evolutivas destacando o seu papel na adaptação a diferentes ambientes.
As aves migratórias têm a capacidade de navegar grandes distâncias com notável precisão usando vários mecanismos, incluindo uma bússola magnética. Em um estudo recente, uma equipe liderada pelas biólogas Dra. Corinna Langebrake e Dra. Miriam Liedvogel comparou os genomas de várias centenas de aves espécies e descobriram mudanças evolutivas significativas no gene responsável pela codificação da proteína criptocromo 4. Acredita-se que esta proteína, encontrada nos olhos dos pássaros, seja o principal magnetorreceptor que impulsiona suas habilidades de navegação.
Criptocromo 4 como candidato a magnetorreceptor
Estas descobertas são indicativas de adaptação a condições ambientais variadas e apoiam a teoria de que o criptocromo 4 funciona como uma proteína sensora, como relata a equipe em um artigo publicado recentemente na revista de pesquisa da British Royal Society. Anais da Royal Society B Ciências Biológicas.
O estudo foi motivado por pesquisas nas Universidades de Oldenburg e Oxford, que demonstraram que a magnetorecepção é baseada em um processo mecânico quântico complexo que ocorre em certas células da retina de aves migratórias. Essas descobertas, que foram publicadas em 2021 pela revista científica Natureza, forneceram evidências que apoiavam a hipótese de que o criptocromo 4 era o magnetorreceptor que eles procuravam. Eles provaram que o criptocromo 4 está presente na retina das aves. Além disso, 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.
Sensibilidade Comparativa em Espécies de Aves
O estudo anterior também descobriu que o criptocromo 4 apresenta maior sensibilidade aos campos magnéticos em aves migratórias como os tordos do que em espécies residentes como galinhas e pombos. “Consequentemente, a razão pela qual o criptocromo 4 é mais sensível em tordos do que em galinhas e pombos deve ser encontrada na proteína ADN sequência”, diz Langebrake, principal autor do estudo. “A sequência provavelmente foi otimizada por processos evolutivos dessas aves migratórias noturnas”, acrescenta.
No presente estudo, a equipe investigou pela primeira vez a magnetorecepção de uma perspectiva evolutiva. Os pesquisadores analisaram os genes do criptocromo 4 de 363 espécies de aves. 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. Eles 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 Investigação 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. A sua análise revelou uma tendência notável, particularmente dentro da ordem dos passeriformes (Passeriformes), onde a proteína sofreu uma otimização significativa através da 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.
Tiranos perderam a proteína suspeita
O estudo revelou que o criptocromo 4 estava ausente em certos clados de aves, como papagaios, beija-flores e Tyranni (Suboscines). 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.
Isto levanta a questão: os Tyranni desenvolveram um sentido magnético que funciona independentemente do criptocromo 4, ou são capazes de se orientar sem um sentido magnético? Outra possibilidade é que o seu sentido magnético tenha as mesmas características do robins, que é dependente da luz e pode ser perturbado por ondas de rádio. “Os dois primeiros cenários corroborariam fortemente a hipótese do criptocromo 4, enquanto o terceiro representaria um problema para a teoria”, enfatiza o biólogo.
Seguindo em frente, a equipe de pesquisa planeja investigar a orientação magnética em Tyranni e determinar se eles têm ou não um sentido magnético. “O clado Tyranni nos fornece uma ferramenta natural para compreender a função do criptocromo 4 e a importância da magnetorecepção em aves migratórias. ”, diz Liedvogel.
Referência: “Evolução adaptativa e perda de um suposto magnetorreceptor em passeriformes” por Corinna Langebrake, Georg Manthey, Anders Frederiksen, Juan S. Lugo Ramos, Julien Y. Dutheil, Raisa Chetverikova, Ilia A. Solov’yov, Henrik Mouritsen e Miriam Liedvogel , 7 de fevereiro de 2024, Anais da Royal Society B.
DOI: 10.1098/rspb.2023.2308
