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CEBIMário sobre evo-devo de briozoários

Nesta quinta-feira, 27 de agosto de 2020 às 13:30 (horário de Brasília) darei uma palestra online no ciclo de seminários do Centro de Biologia Marinha da Universidade de São Paulo também conhecido como CEBIMários.

Poster CEBIMário
Link de acesso: https://meet.google.com/vht-uoij-ohv

Vou falar sobre como embriões evoluem baseado no meu trabalho com evo-devo de briozoários e clivagem espiral!

Edit: a palestra foi gravada e está no YouTube:

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O blastóporo dos embriões de briozoários

Este é um embrião de briozoário mostrando seu blastóporo. Estes animais são discretos porém quase onipresentes nos mares e lagos do mundo todo.

Embrião de briozoário durante gastrulação mostrando seu blastóporo.
Embrião do briozoário Membranipora membranacea sob microscopia confocal.

O que vemos é o DNA dentro do núcleo das células desse embrião. O degradê de cores indica se os núcleos estão mais perto (amarelo) ou mais longe (roxo) da câmera do microscópio.

As células embrionárias se arranjam em círculo e formam uma abertura na parte central que chamamos de blastóporo. Esta abertura, nos briozoários, vai se tornar a boca do animal quando o embrião crescer.

Você pode acompanhar o processo em vídeo ou conhecer mais detalhes no artigo.

E a nossa boca, vem de onde?

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Embrião de mosca-das-frutas sob SPIM

Um curto vídeo que fiz com o desenvolvimento embrionário da simpática drosófila, também conhecida como mosquinha da banana, ganhou menção honrosa no concurso de vídeos Small World in Motion.

Um único embrião filmado por quatro ângulos diferentes.

A descrição completa das técnicas e o vídeo em qualidade original estão disponíveis pra baixar e re-usar na Wikimedia Commons.

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Entendendo a evolução de padrões de clivagem no desenvolvimento embrionário

Video resumo sobre nosso trabalho sobre desenvolvimento de briozoários e evolução de padrões de clivagem embrionária publicado na BMC Biology!

O vídeo foi produzido pela Research Square. Também disponível no Vimeo.
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Embriões de briozoários vistos do pólo animal e vegetal

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Embriões de briozoários vistos do pólo animal

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Divisão celular embrionária

Todos, em algum momento de nossas vidas, passamos por isso (=clivagens embrionárias).

Vídeo de um embrião de equinodermo se desenvolvendo (acelerado 3x).
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Ciclo de vida de um briozoário

O MELHOR vídeo sobre o ciclo de vida de briozoários na internet. Conheça a larva coronada da Bugula neritina. Uau!

Feito por Alvaro E. Migotto e Leandro M. Vieira.
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Tornando-se um verme

O primeiro trabalho do 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 de verme nemertíneo adulto da espécie Lineus ruber.
Verme nemertíneo adulto da espécie Lineus ruber.

Muitos nemertíneos liberam seus ovos e espermatozóides na água do mar e estes são fecundados enquanto flutuam. Antes de se tornarem adultos, os embriões passam por um estágio intermediário muito especial chamado de larva. Nestes vermes, ela parece um 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 verme começa a se formar dentro da larva, até crescer por completo. Este jovem verme então devora o corpo da larva pilídio, num processo que chamamos de metamorfose “catastrófica” (sim, é o termo técnico). Ele afunda e ocupa 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 é a espécie Lineus ruber. Esta linhagem não tem a larva pilídio nos dias de hoje, mas sabemos que ela já teve em algum momento da sua história evolutiva, provavelmente milhares (ou milhões) de anos atrás. Isto significa que de alguma maneira, os embriões de L. ruber mudaram durante a evolução. Nossa motivação é justamente 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 na praia.

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 seus 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:

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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, o embrião que cresce primeiro, se alimenta dos ovos não fecundados, ou eventualmente, devora os irmãos menores. O embrião que comer mais, também cresce mais rápido. Por isso, dentro da mesma cápsula encontramos irmãos de diferentes tamanhos. No centro do vídeo abaixo vemos uma cápsula com um embrião gordo e amarelo, que provavelmente comeu todos os ovos não-fecundados. Ao lado vemos seu 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 tem cílios permite que os embriões “nadem” dentro da cápsula, como faz o irmão menor em um dos vídeos acima. No entanto, esta camada de células é temporária e em poucos dias 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 esta espécie teve um dia. Por quê?

As larvas pílidio são cobertas por células ciliadas, muito importantes para nadar e se alimentar. Mas a partir do momento que os embriões passaram a crescer dentro de cápsulas, nadar e capturar algas deixou de ser importante. Assim, esta camada de células ciliadas acabou reduzida e praticamente perdida nesta espécie.

Mas o que levou esta espécie a criar seus embriões dentro de massas de ovos? Não sabemos, mas pode ter sido consequência de uma mudança de habitat dos adultos para regiões entremarés (onde fica seco durante a maré baixa). Dentro de massas de ovos, os embriões podem resistir melhor ao dessecamento e esta estratégia evolutiva acabou sendo selecionada.

As idéias são especulação, mas é interessante 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 analisamos onde e quando certos genes são ativados nos embriões de L. ruber. Vimos que quase nenhum dos genes de desenvolvimento embrionário mais conhecidos estão ativos nos tecidos da larva de Schmidt. Genes importantes, como os que definem onde se formará a cabeça, estão presentes apenas nos tecidos do pequeno jovem verme. Algo the também acontece com a larva pilídio. Isto sugere que genes completamente diferentes devem regular o crescimento destas larvas :-O

Entender como um ovo (uma única célula!) se torna um adulto e como este processo foi alterado durante a evolução é fascinante. Para tal, é importante pesquisar animais menos conhecidos. Isso coloca nosso conhecimento em perspectiva, já que a maioria dos estudos é feita em meia dúzia de organismos de laboratório, como ratos ou moscas.

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 ou mortas. 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 os ovos de um outro verme. No vídeo abaixo vemos a graciosidade que estes pequenos têm para manejar os ovos até a boca e engolir um após o outro:

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Tartarugas, embriões e fósseis

Escrevi um texto sobre o desenvolvimento e evolução do casco das tartarugas no The Node: Turtles in a nutshell.

Tartarugas
Tartaruga no Henry Doorly Zoo, Omaha. Foto por Algy3289.

Ele mostra como é o início da formação do casco nos embriões e como isso pode ajudar a entender a evolução desse padrão corpóreo tão diferente. Animações em 3D e fósseis estão inclusos no pacote!

Nunca imaginei que colocaria um vertebrado neste site… mas o fato delas terem seus ombros dentro da caixa torácica me fez abrir uma exceção, coitadas.