As medusas estão mais avançadas do que se pensava. Um novo estudo da Universidade de Copenhaga demonstrou que as águas-vivas caribenhas podem aprender a um nível muito mais complexo do que alguma vez se imaginou – apesar de terem apenas mil células nervosas e nenhum cérebro centralizado. A descoberta altera a nossa compreensão fundamental do cérebro e pode esclarecer-nos sobre os nossos misteriosos cérebros.

Depois de mais de 500 milhões de anos na Terra, o imenso sucesso evolutivo das águas-vivas é inegável. Ainda assim, sempre pensamos neles como criaturas simples, com capacidades de aprendizagem muito limitadas.

A opinião predominante é que sistemas nervosos mais avançados equivalem a um potencial de aprendizagem mais avançado nos animais. As medusas e seus parentes, conhecidos coletivamente como cnidários, são considerados os primeiros animais vivos a desenvolver sistemas nervosos e a ter sistemas nervosos bastante simples e nenhum cérebro centralizado.

Por mais de uma década, o neurobiólogo Anders Garm vem pesquisando águas-vivas-caixa, um grupo de águas-vivas comumente conhecido por estar entre as criaturas mais venenosas do mundo. Mas essas geleias letais também são interessantes por outro motivo: acontece que elas não são tão simples como se acreditava. E isso abala toda a nossa compreensão do que os sistemas nervosos simples são capazes.

"Antigamente, presumia-se que as águas-vivas só conseguiam lidar com as formas mais simples de aprendizagem, incluindo a habituação - ou seja, a capacidade de se habituar a um determinado estímulo, como um som constante ou um toque constante. Agora, vemos que as águas-vivas têm muito mais capacidade refinada de aprender e que podem realmente aprender com seus erros. E, ao fazê-lo, modificar seu comportamento", diz Anders Garm, professor associado do Departamento de Biologia da Universidade de Copenhague.

Um dos atributos mais avançados de um sistema nervoso é a capacidade de mudar o comportamento como resultado da experiência – lembrar e aprender. A equipa de investigação, liderada por Jan Bielecki da Universidade de Kiel e Anders Garm, decidiu testar esta capacidade em águas-vivas de caixa. As descobertas acabam de ser publicadas na revista Current Biology .

Os cientistas estudaram a água-viva caribenha, Tripedalia Cystophora, uma medusa do tamanho de uma unha que vive nos manguezais caribenhos. Aqui, eles usam seu impressionante sistema visual, incluindo 24 olhos, para caçar pequenos copépodes entre as raízes dos manguezais. Embora seja um bom local de caça, a teia de raízes também é um local perigoso para geleias de corpo mole.

Assim, à medida que as pequenas águas-vivas se aproximam das raízes do mangue, elas se viram e nadam para longe. Se mudarem de direção muito cedo, não terão tempo suficiente para capturar nenhum copépode. Mas se virarem tarde demais, correm o risco de esbarrar na raiz e danificar seus corpos gelatinosos. Assim, avaliar distâncias é crucial para eles. E aqui, o contraste é a chave, como descobriram os pesquisadores:

“Nossos experimentos mostram que o contraste, ou seja, o quão escura a raiz é em relação à água, é usado pelas águas-vivas para avaliar as distâncias até as raízes, o que lhes permite nadar no momento certo. entre distância e contraste mudam diariamente devido à água da chuva, algas e ação das ondas", diz Anders Garm.

"Podemos ver que, à medida que cada novo dia de caça começa, as águas-vivas aprendem com os contrastes atuais, combinando impressões visuais e sensações durante manobras evasivas que falham. Assim, apesar de terem apenas mil células nervosas - os nossos cérebros têm cerca de 100 mil milhões - eles podem conectar convergências temporais de várias impressões e aprender uma conexão - ou o que chamamos de aprendizagem associativa. E na verdade aprendem sobre isso tão rapidamente quanto animais avançados, como moscas-das-frutas e ratos.

Os novos resultados da pesquisa rompem com as percepções científicas anteriores sobre o que os animais com sistemas nervosos simples são capazes de fazer:

"Para a neurociência fundamental, esta é uma grande notícia. Fornece uma nova perspectiva sobre o que pode ser feito com um sistema nervoso simples. Isto sugere que a aprendizagem avançada pode ter sido um dos benefícios evolutivos mais importantes do sistema nervoso desde o início ", diz Anders Garm.

A equipe de pesquisa também mostrou onde o aprendizado está acontecendo nessas águas-vivas. Isso lhes deu oportunidades únicas de estudar agora as mudanças precisas que ocorrem em uma célula nervosa quando ela está envolvida no aprendizado avançado.

"Esperamos que este possa se tornar um sistema supermodelo para observar os processos celulares no aprendizado avançado de todos os tipos de animais. Estamos agora no processo de tentar identificar exatamente quais células estão envolvidas no aprendizado e na formação da memória. Ao fazer isso, seremos capazes de observar quais mudanças estruturais e fisiológicas ocorrem nas células à medida que o aprendizado ocorre", diz Anders Garm.

Se os cientistas conseguirem identificar os mecanismos exatos envolvidos na aprendizagem das medusas, o próximo passo será descobrir se isso se aplica especificamente às medusas ou se pode ser encontrado em todos os animais.

“Eventualmente, procuraremos os mesmos mecanismos em outros animais, para ver se é assim que a memória funciona em geral”, afirma o pesquisador.

Esse tipo de conhecimento inovador pode ser usado para diversos propósitos, de acordo com Anders Garm.

"Compreender algo tão enigmático e imensamente complexo como o cérebro é em si algo absolutamente incrível. Mas existem inimaginavelmente muitas possibilidades úteis. Um grande problema no futuro será, sem dúvida, várias formas de demência. Não afirmo que estamos descobrindo a cura para a demência, mas se conseguirmos compreender melhor o que é a memória, que é um problema central na demência, poderemos ser capazes de lançar um alicerce para compreender melhor a doença e talvez neutralizá-la", conclui o investigador.

As águas-vivas são uma classe de águas-vivas conhecidas por estarem entre os animais mais venenosos do mundo. Eles usam seu veneno para capturar peixes e camarões grandes. Tripedalia Cystophora tem um veneno um pouco mais suave e se alimenta de pequenos copépodes.

As águas-vivas não têm um cérebro centralizado como a maioria dos animais. Em vez disso, eles têm quatro estruturas paralelas semelhantes ao cérebro, com aproximadamente mil células nervosas em cada uma. O cérebro humano possui aproximadamente 100 bilhões de células nervosas .

A água-viva caixa tem vinte e quatro olhos distribuídos entre suas quatro estruturas semelhantes ao cérebro. Alguns desses olhos formam imagens, proporcionando às águas-vivas uma visão mais complexa do que outros tipos de águas-vivas.

Para encontrar o caminho através dos manguezais escuros, quatro olhos de Tripedalia Cystophora olham para cima através da superfície da água e navegam usando as copas dos manguezais.

Tripedalia Cystophora é uma das menores espécies de água-viva de caixa, com corpo de apenas cerca de um centímetro de diâmetro. Vive no Mar do Caribe e no Indo-Pacífico Central.

Ao contrário de muitas espécies de águas-vivas, Tripedalia Cystophora na verdade acasala quando o macho captura a fêmea com seus tentáculos. Os óvulos da fêmea são então fertilizados no sistema intestinal, onde também se desenvolvem em larvas.

Os pesquisadores replicaram as condições dos manguezais em laboratório, onde as águas-vivas foram colocadas em uma arena comportamental. Aqui, os pesquisadores manipularam o comportamento das águas-vivas, alterando as condições de contraste para ver que efeito isso teve no seu comportamento.

Eles aprenderam que o aprendizado das águas-vivas ocorre por meio de evasões fracassadas. Ou seja, eles aprendem interpretando mal o contraste e esbarrando nas raízes. Aqui eles combinaram a impressão visual e o choque mecânico que recebiam sempre que esbarravam numa raiz – e ao fazê-lo aprenderam quando se desviar.

"Nossos experimentos comportamentais demonstram que três a cinco manobras evasivas fracassadas são suficientes para mudar o comportamento das águas-vivas, de modo que elas não atinjam mais as raízes. É interessante que esta seja aproximadamente a mesma taxa de repetição que uma mosca da fruta ou um rato precisa aprender." diz Anders Garm.

A aprendizagem foi ainda verificada através de eletrofisiologia e experimentos de condicionamento clássico, que também mostraram onde ocorre a aprendizagem no sistema nervoso da água-viva.

O estudo foi conduzido por Jan Bielecki da Universidade de Kiel e Anders Garm, Sofie Katrine Dam Nielsen e Gösta Nachman do Departamento de Biologia da Universidade de Copenhague.