A diversidade visual dos seres vivos no planeta Terra se deve não tanto ao desejo de beleza e ao desejo de ser diferente, mas sim ao habitat, aos hábitos e até às preferências gastronômicas. Alguém prefere passar despercebido, fundindo-se com o meio ambiente devido à cor da camuflagem e ao formato incomum do corpo. Alguém, pelo contrário, com toda a sua aparência fala a quem se atreve a aproximar-se, da sua intoxicação. E alguém adora se exibir na frente de um parceiro e pisotear um competidor na lama. Qualquer recurso visual tem alguma função. Por exemplo, a cor do peixe-palhaço da espécie Amphiprion percula, que se tornou mundialmente famoso graças ao desenho animado "Procurando Nemo", está associada à sua territorialidade. Então, cientistas do Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa (Japão) decidiram descobrir como e onde os peixes-palhaço deixam suas marcas registradas no corpo. Quando o peixe-palhaço mostra suas listras, que mecanismos estão envolvidos nisso e o que as anêmonas têm a ver com isso? Encontraremos respostas para essas perguntas no relatório dos cientistas. Vai.
Base de pesquisa
O peixe-palhaço é um gênero de peixes marinhos com nadadeiras raiadas da família pomacentral, com cerca de 30 espécies que habitam os recifes dos oceanos Índico e Pacífico.
Os peixes-palhaço, apesar de seu temperamento forte, não são estranhos ao trabalho em equipe.
Uma das características mais famosas desses peixes é sua relação simbiótica com as anêmonas (anêmonas) - organismos da ordem dos pólipos de coral que escapam. Eles se parecem com um feixe de tentáculos (Cthulhu aprova) com ou sem uma perna presa ao solo marinho sólido. As anêmonas levam uma vida sedentária e se alimentam do que, por sua estupidez ou por coincidência de circunstâncias, cai em seus tentáculos. No entanto, não será possível ver ataques agudos ou qualquer outro ataque, porque as anêmonas matam (ou paralisam) suas presas com a ajuda de células urticantes (cnidócitos). A vítima paralisada (na melhor das hipóteses, já morta) é então transferida por tentáculos para a boca da anêmona.
Mas o peixe-palhaço, olhando para as anêmonas, não vê perigo, mas habitação gratuita. Os tentáculos das anêmonas são cobertos por muco, protegendo-os da ação de suas próprias células urticantes. Os peixes-palhaço também são cobertos por esse muco, tornando-os imunes a cnidócitos mortais. Os peixes usam as anêmonas como casa e até como fonte de alimento (restos de comida das anêmonas, tentáculos caídos, secreções). Em troca, eles limpam as anêmonas de detritos, comida não digerida e conduzem a água por seus tentáculos, proporcionando "ventilação".
Muitas espécies de peixes-palhaço são extremamente ciumentas de suas anêmonas, afastando qualquer pessoa que se aproxime de uma distância que considerem "suspeita". Em outras palavras, apesar do nome engraçado, esses peixes não se comportam como os gentis palhaços do Licedea tetra, mas como Pennywise.
Muitos cientistas associam a cor do peixe-palhaço e sua territorialidade. No entanto, até agora não se sabia como essa cor é formada. Em particular, os cientistas sempre ficaram intrigados com as três listras brancas no corpo dos adultos, o que os jovens não fazem. Isso indica que durante sua vida os peixes passam por algum tipo de metamorfose. Resta descobrir quais.
Os cientistas observam que a principal tarefa da biologia é entender a especiação. Mas isso não se limita a compreender a diferença entre as espécies (em termos exagerados), mas também a compreender as causas e mecanismos que causam diferenças dentro de uma espécie, sejam fisiológicas ou comportamentais.
A diversidade dentro de uma única espécie pode ser expressa como variações fenotípicas entre populações individuais. Mas mesmo dentro de uma população separada, pode haver diferenças causadas pela influência do ambiente, características comportamentais ou condições de desenvolvimento.
Em alguns casos, a variabilidade fenotípica pode refletir a plasticidade do desenvolvimento adaptativo, ou seja, a habilidade dos organismos de mudar suas trajetórias de desenvolvimento para criar fenótipos que são precisamente adaptados às condições ambientais. Um exemplo dessa plasticidade é a cor variada em animais da mesma espécie.
Em palavras, parece bastante simples, mas, na verdade, tais mudanças plásticas estão associadas a mudanças complexas nos níveis fisiológico, celular e molecular. Os cientistas admitem honestamente que, embora a plasticidade seja conhecida pela ciência, os mecanismos subjacentes a ela praticamente não são estudados.
Nesse sentido, vale destacar outro processo importante e incomum que ocorre durante o desenvolvimento de alguns organismos - a metamorfose. Esse processo se deve a mudanças sérias na estrutura do corpo (ou em parte dele) no curso do desenvolvimento individual. A metamorfose é regulada pelos hormônios da tireoide (HT dos hormônios da tireoide) Consequentemente, qualquer alteração do HT durante a metamorfose causada por esses hormônios pode afetar tanto o processo quanto o resultado de tão complexo processo de transformação do corpo. O TH também desempenha um papel importante na transição da pigmentação da larva para o adulto. Por exemplo, no peixe-zebra ( Danio rerio ), o TH promove a maturação de células pigmentares específicas, melanóforos negros e xantóforos amarelos.
Danio rerio também é chamado de meia de senhora (que dizia que ictiologistas não têm senso de humor).
Portanto, há uma grande probabilidade de que um padrão semelhante seja observado em peixes-palhaço. No trabalho que estamos considerando hoje, os cientistas decidiram testar a relação entre HT e a metamorfose da cor do peixe-palhaço, e também consideraram a influência potencial do habitat (duas espécies diferentes de anêmonas) neste processo.
O estudo se concentra em espécies intimamente relacionadas Amphiprion ocellaris e Amphiprion percula , que vivem em simbiose com anêmonas na região tropical do Indo-Pacífico. Os cientistas descobriram que os jovens A. percula demonstram diferentes taxas de formação de faixa branca dependendo das espécies de anêmonas onde vivem: nas anêmonas da espécie Stichodactyla gigantealistras aparecem mais rápido e mais lento na anêmona do mar Heteractis magnifica . Consequentemente, a formação de listras (ou seja, certas mudanças metamórficas) é influenciada não apenas por fatores internos (hormônios da tireoide), mas também por fatores externos (habitat).
Resultados da pesquisa
Durante o desenvolvimento pós-embrionário, os indivíduos Amphiprion gradualmente adquirem listras na cabeça, tronco e pedúnculo caudal. Em Kimbe Bay, Papua Nova Guiné, A. percula é encontrada em duas espécies diferentes de anêmonas: S. gigantea e H. magnifica , mas os peixes que lá vivem pertencem à mesma população.
Imagem # 1
No entanto, o jovem A. percula que vive na anêmona do mar S. gigantea tem mais listras brancas do que o jovem A. percula que vive na anêmona do mar H. magnifica . Em 33% de 148 indivíduos (200 a 250 dias de idade) em anêmonas S. gigantea tinha três listras brancas, enquanto apenas 5% dos 118 indivíduos da mesma idade em H. magnifica tinham três listras ( 1A e 1B ).
As observações sugerem que as espécies de anêmonas (ou seja, o habitat) afetam o tempo de formação de listras brancas no jovem A. percula . A análise de regressão múltipla ajudou a verificar a exatidão dessa afirmação, que permite estabelecer a dependência de uma variável em duas ou mais variáveis independentes. Como esperado, a análise confirmou que os juvenis que vivem em S. gigantea sempre tiveram mais listras do que os indivíduos da anêmona-do-mar H. magnifica( 1C e 1D ).
Image №2 A
formação de listras está diretamente relacionada ao processo de desenvolvimento pós-embrionário, em particular com metamorfose. Portanto, traçando as etapas desse processo, é possível estabelecer uma conexão entre as bandas e o nível dos hormônios tireoidianos (HT).
Ver A. ocellaris mostra dois esquemas de pigmentação no desenvolvimento do tempo antes da etapa №5 (cerca de 9 dias após a eclosão), as larvas têm um ksantofory amarelo * com um conjunto de melanóforos estrela que formam duas faixas horizontais cobrindo os miotomos * (vermelho setas no 2A- 2D ).
Cromatóforos * - células contendo pigmentos ou refletindo a luz, divididas em subclasses dependendo da cor:
xantóforos - amarelo;
eritróforos - vermelho;
leucóforos - branco;
melanóforos - preto / marrom;
cianóforos - azul;
iridóforos - prateados.
Miotome * é um rudimento pareado de músculos esqueléticos nos embriões de cordados.Começando no quinto estágio, as larvas adquirem três listras verticais brancas (setas brancas em 2E - 2G ), xantóforos laranja fora das futuras listras brancas (setas laranja em 2E) e melanóforos distribuídos por todo o corpo (setas pretas em 2E e 2F ) . Esses melanóforos estão presentes em todo o corpo e têm maior densidade na borda das listras brancas ( 2F e 2G ).
Para uma melhor compreensão das mudanças no padrão corporal dos indivíduos que ocorrem no quarto estágio, foi necessário avaliar a expressão dos genes de pigmentação nos estágios pós-embrionários. Para isso, o RNA foi extraído das larvas em cada estágio de desenvolvimento para análise do transcriptoma. A ênfase principal foi colocada no estudo dos genes de pigmentação ( 2H ), em particular nos genes de iridóforo, uma vez que são responsáveis pela formação das faixas brancas.
Verificou-se que os estágios 1-3 são notavelmente diferentes dos estágios 4-7 no componente principal 2 (PC2; 2H e 2I ).
(PCA principal component analysis) — , .Entre os genes relacionados ao PC2, os genes fhl2b, pnp4a e prkacaa foram mais pronunciados nos estágios 5-7 em comparação com os estágios 1-3. Por outro lado, os genes gbx2, trim33, gmps e oca2 foram mais pronunciados nos estágios 1-3 em comparação com os estágios 5-7 ( 2J ).
Além disso, durante a análise, uma clara divisão de estágios foi observada para todas as categorias funcionais: especificação de células pigmentares, desenvolvimento de xantóforos, síntese de pigmento pteridina de xantóforos, desenvolvimento de melanóforos, regulação da melanogênese e biogênese dos melanossomas.
Essas observações sugerem que no quarto estágio há alguma mudança importante no desenvolvimento da cor, envolvendo todos os três tipos de células de pigmento.
Dado que os hormônios tireoidianos (HT) desempenham um papel importante no processo de metamorfose, que controla o padrão de pigmentação em muitos peixes teleósteos, é lógico que o HT regula o tempo de formação das listras brancas durante a metamorfose do peixe palhaço.
Para testar essa hipótese, foram realizados testes em que larvas do terceiro estágio de desenvolvimento foram expostas a várias concentrações (10 -6 , 10 -7 e 10 -8 M) do hormônio tireoidiano ativo T3. Três dias após o tratamento com T3, os indivíduos mostraram um aparecimento mais precoce de listras brancas do que os indivíduos do grupo de controle.
Imagem No. 3
Este efeito de aceleração foi dependente da dose de T3. Três dias depois, duas bandas apareceram na seguinte proporção de sujeitos experimentais: 0% - grupo controle; 50% - em 10 -8 M T3; 78% - em 10 -7 M e 73% - em 10 -6 M ( 3A - 3E ).
Em seguida, um teste semelhante foi realizado, mas com o bloqueio do TH por meio de uma mistura de MPI (metimazol, perclorato de potássio e ácido iopanóico). As larvas tratadas do terceiro estágio de desenvolvimento apresentaram um atraso de nove dias na formação de listras brancas em comparação com o grupo controle (grupo teste em 3H e grupo controle em 3G) Cerca de 75% dos indivíduos do grupo controle apresentavam listras na cabeça e no corpo, do grupo teste apenas 15% dos indivíduos apresentavam listras, o restante ficou sem pigmentação ( 3F ). Listras brancas nos peixes do grupo de teste foram todas formadas apesar do bloqueio de TH, mas somente após 25 dias ( 3I ).
As manipulações com HT também afetaram as células pigmentares. O número de melanóforos aumentou significativamente em 48 horas após a aplicação de 10-6 M T3 ( 3J ). Por outro lado, o bloqueio do TH com MPI levou a uma diminuição quase imperceptível no número de melanóforos 48 e 72 horas após o tratamento ( 3J ).
Tomados em conjunto, os resultados desses testes sugerem que os TH controlam o tempo de formação de estrias brancas e também afetam as células pigmentares (iridóforos e melanóforos).
Para determinar com mais precisão como exatamente o TH afeta os iridóforos, analisamos a expressão dos genes dos iridóforos (fhl2a, fhl2b, apoda.1, saiyan e gpnmb) após o tratamento de larvas com TH exógeno.
As larvas do terceiro estágio de desenvolvimento foram tratadas com T3 em várias concentrações (10-6, 10-7 e 10-8 M) por 12, 24, 48 e 72 horas. A expressão dos genes estudados foi controlada por meio de nanoestruturas em RNA isolado de larvas inteiras.
Após o tratamento com T3, muito mais transcrições desses genes foram detectados do que no grupo de controle (sem tratamento com T3). Em alguns casos (apod1a e gpnmb), esse efeito apareceu após 12 horas, e em outros (fhl2a, fhl2b e saiyan) somente após 24 ou 48 horas. Conclui-se que o TH afeta a expressão de genes que são expressos nos iridóforos do peixe-palhaço.
Em seguida, os cientistas decidiram testar se o TH promove a diferenciação de iridóforo. Para isso, larvas do terceiro estágio de desenvolvimento foram tratadas com T3 (dose 10 -6 M) por um longo tempo. Esta foi uma comparação de juvenis no sexto estágio, quando listras na cabeça e no corpo começam a se desenvolver no peixe-palhaço.
Curiosamente, os jovens do grupo teste (tratamento T3) não formaram bandas totalmente, ao contrário do grupo controle. Um exame detalhado dos indivíduos do grupo de teste revelou vários iridóforos ectópicos nas laterais. Esses peixes também tinham uma cor laranja menos vibrante.
O processamento com MPI resultou em listras normais. No entanto, a cor era mais opaca devido à falta de iridóforos ou depósitos cristalinos de guanina dentro dos iridóforos, geralmente responsáveis pela cor branca (ou iridescente) das listras ( 3I ).
Esses resultados sugerem que o TH exógeno leva à diminuição da coloração laranja e a defeitos na formação de listras brancas.
Imagem No. 4
No entanto, o tratamento com HT acelerou o processo de estrias. Lembre-se de que os peixes da espécie A. percula que vivem na anêmona do mar S. gigantea formam listras brancas mais rapidamente do que suas contrapartes que vivem em anêmonas de outra espécie. Portanto, deve haver alguma conexão entre a formação de faixas, HT e habitat.
Para verificar isso, os cientistas selecionaram 12 indivíduos de 12-27 mm de tamanho (uma faixa branca está se formando ou já se formou) vivendo em S. gigantea (n = 6) e em H. magnifica (n = 6). Em seguida, os cientistas mediram o nível de TH de cada indivíduo.
A comparação mostrou que as concentrações de T3 foram significativamente maiores em animais jovens de S. gigantea versus aqueles de H. magnifica ( 4A ). A seguir, foi feita uma comparação da expressão gênica em animais jovens de H. magnifica (n = 3) e de S. gigantea (n = 3).
Dos 19063 genes analisados, apenas 21 foram significativamente mais expressos em indivíduos de S. gigantea , enquanto 15 foram significativamente mais expressos em indivíduos de H. magnifica ( 4B ).
Entre os genes diferencialmente expressos, foi encontrado o gene duox, que codifica uma dupla oxidase envolvida na produção de HT. Este gene foi superexpresso em S. gigantea em comparação com H. magnifica . Consequentemente, a taxa de formação de faixa branca em A. percula está associada ao nível diferencial de T3, que, por sua vez, está associado à expressão diferencial de duox.
No estágio final, os cientistas verificaram se o duox é necessário para formar o padrão iridóforo. Para este teste, foram usados peixes-zebra, nos quais a maturação dos iridóforos depende do HT.
Nas larvas do grupo de controle, os iridóforos densamente compactados formaram uma ampla fileira intermediária, depois a segunda fileira intermediária começou a se formar ventralmente. Em larvas com deficiência de duox, apenas uma zona intermediária mais ampla ( 4C ) se desenvolveu .
Como resultado, a maioria dos peixes do grupo controle desenvolveu duas fileiras intermediárias completas, enquanto no duox os peixes deficientes apenas uma ( 4D e 4E ). Isso sugere que o duox, presumivelmente agindo através do TH, contribui para o tempo de aparecimento das regiões entre as bandas do iridóforo e para a formação do padrão entre as bandas no peixe-zebra.
Para um conhecimento mais detalhado das nuances do estudo, recomendo que você leia o relatório dos cientistas e materiais adicionais a ele.
Epílogo
Nesse trabalho, os cientistas decidiram desvendar o segredo das listras brancas no corpo do peixe-palhaço. Descobriu-se que essa cor descomplicada (especialmente em comparação com alguns outros peixes) é o resultado do trabalho conjunto de vários fatores importantes: genes, hormônios e até anêmonas em que vivem os peixes-palhaço.
A observação mais incomum foi que os peixes da mesma população, mas vivendo em duas espécies diferentes de anêmonas, têm sua cor diferente (em termos de tempo). A comparação dos genes desses peixes mostrou que apenas 36 genes diferem. Entre eles, cientistas isolaram o gene duox, que codifica uma proteína de mesmo nome envolvida na formação da dupla oxidase. Este gene desempenha um papel importante na produção de hormônios da tireoide (HT), que por sua vez afetam a taxa na qual os padrões de pigmentação são formados no corpo do peixe-palhaço.
Mas por que os peixes de uma anêmona do mar “colorem” mais rapidamente do que os outros? Os cientistas ainda não estão prontos para dar uma resposta exata, mas eles têm uma teoria. A actínia, na qual as estrias do corpo se formam mais rapidamente, é provavelmente mais tóxica. Portanto, os níveis de hormônio tireoidiano aumentam em resposta a essa toxicidade.
Os próprios cientistas acreditam que a diferença na taxa de formação de faixas em indivíduos da mesma população é apenas um dos muitos sinais das diferentes táticas de adaptação que os peixes usam para aumentar a coexistência efetiva com anêmonas. No futuro, eles pretendem realizar uma análise comparativa ainda mais completa de peixes que vivem em diferentes anêmonas, a fim de identificar diferenças adicionais.
A natureza parece simples e descomplicada: as árvores estão crescendo, os pássaros estão cantando, as abelhas estão zumbindo, etc. Mas, ao examinarmos mais de perto, começamos a notar quantos processos complexos ocorrem na vida até mesmo do menor inseto ou da planta mais difundida. Todas as propriedades, características e qualidades que um organismo possui são o resultado de uma longa e meticulosa evolução, cujo objetivo principal é a sobrevivência. E se um organismo deseja sobreviver em um mundo em constante mudança, ele deve usar todo o arsenal de talentos adaptativos, dos mais primitivos aos mais complexos.
Obrigado pela atenção, fiquem curiosos e tenham um ótimo final de semana, galera! :)
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