A evolução dos olhos dos vertebrados há 600 milhões de anos

É fácil dar os nossos olhos como garantidos. No entanto, a nossa investigação recente indica que eles percorreram um percurso evolutivo notável até chegarem à forma hoje tão familiar.

Há muito que se sabe que os nossos olhos (de vertebrados) são, em aspetos fundamentais, diferentes dos dos nossos parentes distantes (invertebrados), tanto pela composição celular como pela forma como se desenvolvem antes do nascimento. Ainda assim, durante muito tempo, permaneceu difícil perceber por que razão - ou de que modo - essas diferenças surgiram pela primeira vez.

Um padrão nos animais bilaterais

O nosso estudo aponta para a hipótese de que os nossos olhos descendem de um antepassado semelhante a um verme, que vagueava pelos oceanos há 600 milhões de anos. O mesmo cenário aplica-se também a todos os animais bilaterais, isto é, animais cujos corpos podem ser divididos em duas metades, esquerda e direita, aproximadamente em imagem ao espelho.

No âmbito do trabalho, analisámos 36 grandes grupos de animais atuais (abrangendo praticamente todos os animais bilaterais) para identificar onde se localizam os seus olhos e as células sensíveis à luz - e que funções desempenham.

Dessa análise emergiu um padrão claro. Verificámos que os olhos e as células fotossensíveis aparecem de forma consistente em dois locais distintos: em pares, de cada lado da face, e na linha média da cabeça, por cima do cérebro.

Nos animais observados, as células situadas na posição emparelhada são usadas para orientar os movimentos, enquanto as suas equivalentes na linha média permitem distinguir o dia da noite e o cima do baixo.

Perdas e regresso da visão na evolução dos olhos dos vertebrados

Concluímos que um antigo antepassado, semelhante a um verme, de todos os animais vertebrados terá perdido o par de olhos dedicado ao "controlo de direção" quando adotou um modo de vida maioritariamente sedentário há 600 milhões de anos, escavando o fundo do mar. Ao tornar-se um filtrador, sem necessidade de se deslocar, esse tipo de olhos emparelhados - energeticamente dispendioso - passou a ser inútil e oneroso.

Em contrapartida, esta mudança de estilo de vida não afetou as células sensíveis à luz situadas a meio da cabeça, porque o animal continuava a precisar de detetar a altura do dia e de distinguir entre cima e baixo. Assim, apesar do desaparecimento dos olhos emparelhados, as células fotossensíveis da linha média evoluíram para formar um pequeno olho central.

Possivelmente ao fim de alguns milhões de anos, este animal voltou a alterar o seu modo de vida. O regresso à natação trouxe novamente a necessidade de controlar a direção e de avaliar o movimento do próprio corpo para uma alimentação por filtração eficiente (peneirar alimento da água) e para escapar a predadores.

Essa pressão evolutiva levou ao desenvolvimento do olho da linha média através da formação de pequenas taças oculares em cada lado. Mais tarde, essas taças separaram-se do olho central, deslocaram-se para as laterais da cabeça e deram origem a novos olhos emparelhados: os nossos olhos.

A perda e o reaparecimento da visão terão ocorrido entre 600 e 540 milhões de anos atrás. Partes do olho da linha média mantiveram-se e vieram a tornar-se o órgão pineal no cérebro, responsável por produzir e libertar a hormona do sono, a melatonina.

Órgão pineal, deteção de luz e melatonina

Em muitos vertebrados, o órgão pineal recebe luz através de uma região transparente (sem pigmentação) no centro da cabeça.

No entanto, na linhagem dos mamíferos, o órgão pineal perdeu a capacidade de detetar luz - possivelmente porque os primeiros mamíferos eram ativos durante a noite e se ocultavam durante o dia. Assim, os olhos, mais sensíveis, assumiram a deteção luminosa que regula a libertação de melatonina e o sono.

Olhos de todas as formas e tamanhos

Os animais que não perderam as células fotossensíveis emparelhadas originais do antepassado semelhante a um verme correspondem à maioria dos invertebrados atuais, já que descendem de um ramo da árvore evolutiva que nunca adotou um estilo de vida estático.

Entre eles estão crustáceos, insetos, aranhas, polvos, caracóis e muitos grupos de vermes. Estes animais conservam versões modernas dos conjuntos originais de células sensíveis à luz.

Nos insetos e nos crustáceos, os olhos emparelhados são olhos compostos, formados por uma matriz de lentes minúsculas e muito densamente agrupadas em cada olho. Já os polvos e os caracóis, em vez de olhos compostos, apresentam olhos do tipo câmara, com uma única lente.

De facto, polvos e caracóis evoluíram de forma independente para um desenho ocular e um desempenho visual semelhantes aos dos vertebrados.

Ainda assim, a nossa retina - a camada sensível à luz na parte posterior dos olhos - contém mais de 100 tipos de neurónios (nos ratos há ainda mais: 140), ao passo que nos polvos e nos caracóis existe apenas um pequeno número. Isso torna-a quase tão complexa como o nosso córtex cerebral - a parte externa e mais volumosa do cérebro.

Muitos cientistas consideravam que, na evolução dos nossos olhos, esta complexidade teria surgido relativamente tarde. As semelhanças entre as células sensíveis à luz no cérebro e nos olhos emparelhados sustentaram hipóteses anteriores sobre um olho inicial simples, semelhante a um órgão pineal, no início dessa história evolutiva. No nosso trabalho, porém, defendemos que uma parte substancial dessa complexidade é anterior à retina.

Deste modo, é provável que já estivesse presente no olho ancestral "ciclope". Esta ideia tem implicações amplas para a origem e para a forma como se estabelecem as ligações dos circuitos neuronais, tanto na nossa retina como no nosso cérebro.

Para nós, vertebrados, a evolução dos olhos e a evolução do cérebro estão profundamente interligadas. O aparecimento de novos olhos emparelhados é uma peça central deste quadro, porque os olhos permitiram comportamentos complexos que exigem cognição e cérebros grandes.

Sem os olhos, não seríamos apenas humanos sem visão; não existiríamos de todo, tal como não existiria nenhum dos outros vertebrados.

George Kafetzis, Investigador em Neurociência, Universidade de Sussex, e Dan Nilsson, Professor Emérito de Zoologia, Universidade de Lund

Este artigo é republicado de The Conversation ao abrigo de uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.