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:

Larvas Tornárias

Larva tornária
The Tonaria larvae. Ptychodera flava. © 2010 Kahi Kai – one Ocean, for Tara Oceans via Tara Expéditions

Fantástica foto de uma larva de hemicordado da Tara Expéditions, uma expedição científica multidisciplinar que está dando a volta ao mundo coletando dados biológicos e físicos dos oceanos. Em outubro eles passaram pelo Rio de Janeiro e estão à caminho de Ushuaia. Vale a pena dar uma olhada no site.

Aproveito para mostrar as duas fotografias de larvas tornárias que fazem parte da mostra Oceano: vida escondida; exposição itinerante do CEBIMar/USP.

Larva tornária
A larva tornária representa parte do ciclo de vida de um grupo de vermes marinhos solitários. Elas passam bastante tempo na coluna d´água, e os adultos, que podem medir cerca de 1 metro de comprimento, vivem enterrados na areia.
Larva tornária
Larva tornária é bastante transparente permitindo visualizar estruturas internas, como o trato digestório, nervo apical e hidróporo.

E por que não mostrar um adulto?

Saccoglossus bromophenolosus
Saccoglossus bromophenolosus, espécime da costa oeste dos EUA.

Aqui no litoral de SP temos o Balanoglossus gigas que pode passar dos 1,5 metros de comprimento (!).