Tornando-se um verme

O primeiro trabalho relacionado com meu doutorado foi publicado na revista EvoDevo, no mês passado. Aqui vai um resumo da história.

Evolução e desenvolvimento da larva adelfofágica e intracapsular do nemertíneo Lineus ruber
Evolução e desenvolvimento da larva adelfofágica e intracapsular do nemertíneo Lineus ruber. Em outras palavras: como é o embrião de um verme que, diferente de seus ancestrais, cresce dentro de um cápsula protetora e devora os irmãos menores?

Estudamos os embriões de certos vermes marinhos que já comentei por aqui—os nemertíneos. Acompanhamos estes carismáticos predadores desde a fecundação dos ovos, até o pequeno embrião tornar-se um jovem e independente verme.

Indivíduo adulto da espécie Lineus ruber.
Verme nemertíneo adulto da espécie Lineus ruber.

Muitos nemertíneos liberam seus ovos e espermatozóides na água para serem fecundados flutuando no mar. Antes de virarem vermes, os embriões passam por um estágio intermediário muito especial. Tem forma de chapéu de detetive e chama-se larva pilídio.

Pilidium larva
Larva pilídio com o jovem verme crescendo dentro, como se estivesse de carona. Imagem de Maslakova, S. A. The invention of the pilidium larva in an otherwise perfectly good spiralian phylum Nemertea. Integr. Comp. Biol. 50, 734–743 (2010). doi:10.1093/icb/icq096 url:http://icb.oxfordjournals.org/content/50/5/734

Esta larva é capaz de nadar e capturar microalgas usando as abas do “chapéu” para se alimentar. Após alguns dias, o corpo do futuro jovem verme começa a se formar dentro da larva até crescer por completo. Numa metamorfose que chamamos de “catastrófica” (é o termo técnico), o pequeno verme devora a larva pilídio e afunda, ocupando seu novo habitat: o fundo do mar. A fantástica larva pilídio merece um post só pra ela, mas hoje a história é outra.

Nosso objeto de estudo, a espécie Lineus ruber, não tem a larva pilídio. Não tem, mas já teve em algum momento da sua história evolutiva, provavelmente milhares (ou milhões) de anos atrás. Isto significa que de alguma maneira o crescimento dos embriões de L. ruber foi modificado. Uma de nossas motivações é entender como isso aconteceu.

Os adultos de L. ruber vivem à beira d’água, nas praias dos fiórdes noruegueses. Diferente de outros nemertíneos, eles não liberam seus ovos diretamente na água, mas se acasalam e depositam suas massas de ovos no solo.

Essas massas de ovos são recobertas por um grosso muco secretado pela fêmea durante a ovoposição. O muco protege os embriões do ressacamento quando a maré está baixa. Filmamos uma fêmea depositando uma massa de ovos no laboratório:

Como vemos acima, os ovos estão dentro de uma cápsula. Cada cápsula contém cerca de 10 ovos. Cada massa de ovos pode conter centenas de cápsulas. No entanto, dos 10 ovos apenas 2 ou 3 foram fecundados e formam embriões. Todo o desenvolvimento ocorre dentro da cápsula, até virarem pequenos vermes. Abaixo temos a sequência completa, do ovo ao verme em 40 dias:

As fotos mostram as massas de ovos intactas, mas para estudo foi preciso abrir cápsula por cápsula sem danificar os embriões. Durante o desenvolvimento, quem se alimenta mais, fica maior. Note a diferença de tamanho entre irmãos no canto inferior direito do quadro (J).

Nessa espécie, quem cresce primeiro se alimenta dos ovos não fecundados da mesma cápsula, ou eventualmente, devora os irmãos menores. O embrião que come mais, também cresce mais rápido. Por isso, dentro da mesma cápsula encontramos irmãos de diferentes tamanhos. No centro do vídeo vemos uma cápsula com um embrião gordo e amarelo, que provavelmente comeu todos os ovos não-fecundados, e um irmão muito menor e mais transparente, coitado:

Se não interferirmos nas massas de ovos, os jovens eclodem em cerca de 40 dias de crescimento, já com aparência adulta.

É muito mais fácil observar estes vermezinhos fora da massa de ovos. Eles saem com uma grande variedade de tamanhos e formatos, provavelmente devido ao que aconteceu dentro de cada cápsula com seus irmãos. No entanto, todos mostram um aspecto em comum—são extremamente simpáticos:

L. ruber realmente não tem a larva pilídio. O que aconteceu? Olhando bem de perto, identificamos uma fina camada de células que recobrem os embriões com cerca de 12 dias. Esta camada é ciliada e é ela que faz o coitado do irmão menor nadar em círculos dentro da cápsula, três vídeos acima. Em poucos dias esta camada de células se desfaz sem deixar traços.

Larva Schmidt de Lineus ruber. As pontas de setas indicam a camada de células que seria vestígio da larva pilídio.
Larva Schmidt de L. ruber em corpo inteiro (esquerda) e em detalhe (direita). As pontas de setas indicam a camada de células recobrindo o embrião que seria vestígio da larva pilídio. Núcleos das células em amarelo, membranas celulares em branco.

Este estágio peculiar de L. ruber foi descoberto por G. A. Schmidt em 1964 e ficou conhecida como larva de Schmidt. Uma das hipóteses é que a fina camada de células seja um vestígio da larva pilídio, que foi reduzida e praticamente perdida ao longo desta linhagem, provavelmente devido ao desenvolvimento intracapsular. Por sua vez, a reprodução através de massas de ovos pode ter sido consequência de uma mudança de habitat do estágio adulto para regiões entremarés, onde os ovos que resistiram melhor ao dessecamento foram selecionados. Estas idéias são pura especulação, mas são interessantes para pensar em como uma mudança na ecologia de uma espécie pode afetar a forma de seus embriões.

Ilustração da larva de Schmidt por
Ilustração da larva de Schmidt mostrando a camada de células larvais envolvendo o embrião. Retirado de Schmidt, G. A. Ein zweiter Entwicklungstypus von Lineus gesserensis-ruber OF Müll. (Nemertini). Zool. Jahrb. Abt. Anat. Ontog. Tiere 58, 607–660 (1964).

Por fim, também fizemos uma análise de expressão gênica nestes embriões. Hoje em dia podemos comparar o local e momento de ativação de genes na larva pilídio e larva de Schmidt com outros embriões e larvas. O que sabemos até agora é que quase nenhum dos genes de desenvolvimento mais conhecidos estão ativos nos tecidos da larva pilídio ou Schmidt, apenas nos tecidos que formam o jovem verme. Isto sugere que genes completamente diferentes devem regular o crescimento destas larvas :-O

Pesquisar animais menos estudados é importante para colocar em perspectiva nosso conhecimento vindo de organismos modelo. No caso, entender como um ovo se torna um adulto e, principalmente, como este processo foi alterado de inúmeras maneiras durante a evolução. Além disso, veja bem, vermes marinhos são, muitas vezes, mais cativantes que pandas ou golfinhos. Por exemplo, os nemertíneos são hábeis caçadores. Eles têm um órgão eversível na forma de tromba que é repleto de substâncias tóxicas. O ataque é rápido e debilita as presas, que acabam engolidas vivas. A velocidade e precisão são impressionantes e até já viralizaram na internet.

Aproveitamos o estudo para filmar a primeira vez que estes vermes bebês usaram sua probóscide mortal. No caso, treinando as habilidades de caça com ovos de outro verme. No vídeo podemos ver a graciosidade que estes pequenos têm para manejar os ovos até a boca (no ventre), engolindo um ovo após o outro:

Braquiópodes e arte japonesa

Morse 1902 - Observations on living Brachiopoda

I visited Japan solely for the purpose of studying the Brachiopoda of the Japanese seas, and this step led to my accepting the chair of zoology in the Imperial University at Tokyo. Gradually I was drawn away from my zoological work, into archaeological investigations, by the alluring problem of the ethnic affinities of the Japanese race. The fascinating character of Japanese art led to a study, first of the prehistoric and early pottery of the Japanese, and then to the collection and study of the fictile art of Japan. Inexorable fate finally entangled me for twenty years in a minute study of Japanese pottery. The results of this work are embodied in the Catalogue of Japanese Pottery, lately published by the Museum of Fine Arts, Boston. With this work off my hands, I turned back with eagerness to my early studies of the Brachiopoda (…)

(…) Japan is the home of the brachiopods.

Edward S. Morse, 1902. Observations on living Brachiopoda in Memoirs of the Boston Society of Natural History, 5(8): 313-386.

Citações da pg 313, 374 e prancha 41.

Reprodução de um nemertíneo

E pelo terceiro ano consecutivo os nemertíneos do laboratório começam a botar seus embriões no primeiro dia de abril! Regularidade que impressiona.

Lineus_sp
Este verme nemertíneo é vermelho escuro, boa parte do seu corpo está coberto pelo casulo (massa semitransparente) contendo embriões (fileiras de esferas amarelo-claro). A cabeça está no centro superior e é a parte sem casulo ou ovos.

Mas impressionante mesmo é a maneira que esse verme deposita sua massa de embriões. Num artigo sobre o ciclo de vida de uma espécie próxima (acesso restrito) os autores disponibilizaram um vídeo do processo de acasalamento e deposição do casulo (acesso aberto; mas cuidado, .wmv).

A fêmea secreta uma camada grossa de muco gelatinoso pelo corpo onde diversos machos se enrolam e aproveitam para liberar seus espermatozóides. Depois que os machos saem, a fêmea secreta outra camada de muco e começa a liberar os óvulos recém-fertilizados através de inúmeros ovários presentes nas laterais do corpo. Os embriões permanecem nessas camadas gelatinosas enquanto a fêmea se esguia para fora do casulo. Este fica, por sua vez, aderido ao substrato e serve como proteção para os embriões em desenvolvimento. Leva cerca de 20 dias para saírem pequenos verminhos do casulo. Viu o vídeo já?

Verme amendoim

Sipuncúlidos são vermes marinhos não-segmentados que tem a larva mais carismática dos oceanos, a pelagosfera:

Larva pelagosfera
Alvaro E. Migotto. Larva pelagosfera. Banco de imagens Cifonauta. Disponível em: http://cifonauta.cebimar.usp.br/photo/11960/ Acesso em: 2013-04-28.

As pelagosferas são bastante ativas e podem nadar por meses até assentar e se tornarem indivíduos adultos.

Os adultos são mais… vermiformes. Vivem no lodo, areia ou conchas, tem uma probóscide retrátil denominada de introverte (veja vídeo abaixo) com tentáculos em volta da boca e seu ânus fica no meio das “costas” (superfície dorsal).

Sipuncúlido adulto
Alvaro E. Migotto. Sipuncúlido. Banco de imagens Cifonauta. Disponível em: http://cifonauta.cebimar.usp.br/photo/11687/ Acesso em: 2013-04-28.

Sipuncúlido retraindo sua introverte.

Alguns são bonitos e até coloridos. E tem gente que come, claro! Descobri na Wikipedia que geléia de sipuncúlido é uma delicatessen de uma cidade na China. Nham!

Sipunculid worm jelly
A dish of Sipunculid worm jelly made with Sipunculus nudus 中文(繁體)‎: 土筍凍 Photo: SoHome Jacaranda Lilau

Enfim, queria mesmo era compartilhar o teste abaixo traduzido de um famoso livro texto de invertebrados. Com as figuras e links neste post fica fácil responder 😉

Sipuncula

Saiba mais sobre os sipuncúlidos no EoL.

Cifonauta, um banco de imagens para a biologia marinha

O Cifonauta foi inaugurado no dia 26 de setembro do ano passado (2011) e completa hoje 1 ano de vida pública. A ideia de um banco de imagens da vida marinha, no entanto, é mais antiga.

A documentação fotográfica faz parte de muitas abordagens de pesquisa e nos 30 anos de CEBIMar muito material foi coletado e estudado. Revistas especializadas e atividades de extensão do centro como cursos, folhetos e palestras são o destino comum deste conteúdo. No entanto, apenas uma pequena parte é publicada desta maneira, o restante acabava nunca vindo a público. São fotos e vídeos acumulados ao longo dos anos e que de certo modo representam a diversidade da vida marinha do litoral norte de São Paulo. Como aproveitar este potencial?

A ideia do Alvaro era criar um banco de imagens para divulgar os organismos documentados no CEBIMar. A primeira versão do site do CEBIMar, por exemplo, já continha uma galeria curada à mão contendo fotos de organismos marinhos separadas por classificação taxonômica.

A segunda versão do site também continha uma galeria ainda maior com cerca de 1000 fotos. Ainda assim, era pouco para o volume de material nos arquivos do CEBIMar. A oportunidade surgiu com um edital do CNPq e assim criamos o Cifonauta.

A ideia é simples. Um banco de imagens sobre biologia marinha abastecido pelos próprios pesquisadores do CEBIMar. Especialistas cujo conhecimento permite enriquecer as imagens com informações adicionais. No caso, nome da espécie, classificação taxonômica, habitat, estágio de vida, modo de vida, tamanho, geolocalização, técnica utilizada, etc. Estes dados permitem não só saber um pouco mais sobre o organismo, mas também filtrar o conteúdo do banco combinando marcadores.

Outro diferencial do Cifonauta é que não colocamos apenas a melhor foto de cada ser. Uma foto é um recorte espacial e temporal e um organismo é um ser complexo tridimensional. Por isso, colocamos diversas imagens representativas de um mesmo organismo como no Chromodoris paulomarcioi.

Um exemplo recente que mostra o banco na prática. Pesquisadores do CEBIMar estudando organismos da meiofauna (entre grãos de areia) produziram um filme fantástico Vida Entre Grãos. As fotos e vídeos que serviram de material bruto para produzir o filme foram adicionados ao Cifonauta: são 538 fotos e 167 vídeos documentando a biologia destes organismos; tardígrado, ácaro, nemertíneo, poliquetos, quinorrincos, gastrótrico, molusco, entre outros! Não é qualquer pessoa que já viu um gastrótrico andando por aí… mas agora qualquer pessoa pode. E é esse o ideal do Cifonauta.

O Vida Entre Grãos para quem não viu:

Mais um biscoito?

Exatos seis meses atrás saiu uma matéria na Ciência Hoje das Crianças online sobre as bolachas-do-mar que ainda não tinha colocado aqui. Clique na imagem ou aqui para ler.

Tem biscoito na areia? Com vocês, a bolacha-do-mar!

Pouco menos de seis meses antes disso saiu um post no Scientist at Work Blog do Rich Mooi, especialista em ouriços irregulares. O post, “The Hidden World of Heart Urchins” tem uma foto de uma bolacha-do-mar “fofinha” que precisava compartilhar 🙂

Clypeaster humilis by Rich Mooi
Clypeaster humilis by Rich Mooi