Como este verme marinho pode diferenciar o brilho lunar dos raios solares | Revista Quanta

Numa noite de verão na Baía de Nápoles, hordas de vermes nadaram das ervas marinhas em direção à superfície da água sob a luz de uma lua minguante. Não muito antes, as criaturas começaram uma horrível metamorfose sexual: seus sistemas digestivos murcharam e seus músculos nadadores cresceram, enquanto seus corpos se enchiam de óvulos ou espermatozoides. As criaturas do comprimento de dedos, agora pouco mais do que bolsas musculares de células sexuais, flutuaram para a superfície em uníssono e, durante algumas horas, circularam umas às outras numa frenética dança nupcial. Eles liberaram incontáveis ​​óvulos e espermatozóides na baía – e então a valsa ao luar terminou com a morte dos vermes.

O verme de cerdas marinhas Platynereis dumerilii tem apenas uma chance de acasalar, então é melhor que sua dança final não seja um solo. Para garantir que muitos vermes se reúnam ao mesmo tempo, a espécie sincroniza o seu tempo reprodutivo com os ciclos da lua.

Como um verme submarino pode saber quando a lua está mais brilhante? A resposta da evolução é um relógio celestial preciso movido por uma molécula que pode detectar os raios lunares e sincronizar a vida reprodutiva dos vermes com as fases lunares.

Ninguém jamais tinha visto como funcionava uma dessas moléculas do luar. Recentemente, no entanto, num estudo publicado em Natureza das Comunicações, pesquisadores na Alemanha determinou as diferentes estruturas que uma dessas proteínas em vermes com cerdas é absorvida na escuridão e na luz solar. Eles também descobriram detalhes bioquímicos que ajudam a explicar como a proteína distingue entre raios solares mais brilhantes e brilho lunar mais suave.

É a primeira vez que os cientistas determinam a estrutura molecular de qualquer proteína responsável pela sincronização de um relógio biológico com as fases da lua. “Não conheço outro sistema que tenha sido analisado com esse grau de sofisticação”, disse o bioquímico Brian Crane da Universidade Cornell, que não esteve envolvido no novo estudo.

Tais descobertas podem ser relevantes para a fisiologia de muitos tipos de criaturas, incluindo os humanos. “Não temos outro exemplo em que entendamos esses mecanismos com tantos detalhes moleculares”, disse Eva Lobo, bioquímico da Universidade Johannes Gutenberg de Mainz, na Alemanha, que é um dos coautores do artigo. “Esses estudos nos ajudam a começar a saber como podem funcionar os osciladores do luar e a sincronização com as fases da lua.”

Embora hoje acordemos com mais frequência com o toque de um despertador do que com as primeiras luzes do amanhecer, nossos corpos ainda acompanham o ritmo do sol. Nos humanos, como em muitos outros animais, sofisticados relógios biológicos chamados relógios circadianos sincronizam os ritmos do corpo com as batidas do amanhecer e do anoitecer. As proteínas criptocromo são peças importantes dos relógios circadianos de muitos organismos, seja detectando a luz, como nas plantas, ou coordenando-se com outras proteínas que o fazem, como nos humanos.

Embora centenas de milhares de vezes mais fraca que o Sol, a Lua também ilumina a Terra regularmente. Um ciclo completo, da lua nova à lua cheia e vice-versa, dura 29.5 dias. Muitos organismos, especialmente vários tipos de vida marinha, usam este calendário lunar como um relógio confiável. Sabe-se que corais, mexilhões, vermes marinhos e até alguns peixes cronometram a sua atividade reprodutiva de acordo com as fases da lua.

Para sincronizar os seus relógios circalunares, os organismos devem de alguma forma sentir a luz da lua e distingui-la da luz solar, que é essencialmente o mesmo tipo de luz, só que muito mais intensa. Exatamente como as células conseguem manter um calendário lunar – para distinguir não apenas o luar da luz solar, mas também uma lua cheia de uma lua nova – ainda é em grande parte um mistério.

Recentemente, os cientistas começaram a se perguntar se os criptocromos poderiam estar envolvidos nos relógios lunares, assim como nos ritmos circadianos. Em 2007, os cientistas descobriram dicas em certos corais, que expressou proteínas criptocromo mais ativamente sob a luz.

Há alguns anos, Wolf juntou-se ao cronobiólogo Kristin Tessmar-Raible dos Laboratórios Max Perutz da Universidade de Viena para crescer P. dumerilii, uma vez que sincroniza sua reprodução com as fases da lua. Eles provaram que um criptocromo sensível à luz chamado L-Cry é uma peça crítica do relógio lunar do verme. O trabalho de sua equipe, publicada em 2022, mostraram que a proteína pode distinguir a escuridão da luz solar, bem como a luz da lua.

No entanto, não estava claro como a proteína funcionava. Na verdade, nem o relógio circalunar de um único organismo foi compreendido no nível bioquímico.

“Isso foi bastante esquecido”, disse Wolf. “Esse pequeno sinal do luar não foi levado a sério. Sempre foi o sol contra a escuridão.”

Para saber como o L-Cry funciona, os investigadores queriam captar como a sua estrutura mudava quando era exposto à luz. Wolf enviou proteínas L-Cry do verme para a Universidade de Colônia para que pudessem ser visualizadas em Elmar Behrmanndo laboratório de bioquímica estrutural, especializado em proteínas sensíveis e efêmeras. Mas a experiente equipe de Behrmann lutou durante anos para fazer com que o L-Cry se comportasse bem o suficiente para ser visualizado por seu microscópio crioeletrônico.

Eles não sabiam disso na época, mas a luz estava penetrando nas amostras. “Provavelmente durante um ano e meio, quando pensávamos que estávamos trabalhando no escuro, não estávamos suficientemente escuros”, disse Behrmann. Depois de cobrir todas as frestas das portas e LEDs piscantes com fita de silicone preta, eles finalmente conseguiram uma imagem nítida.

No escuro, P. dumeriliiAs proteínas L-Cry de s se associam como pares ligados chamados dímeros. Quando são atingidos pela luz solar intensa, os dímeros se dividem novamente em dois monômeros.

Isso é o oposto de como os criptocromos sensíveis à luz diferenciam a luz do sol da escuridão nas plantas, disse Crane. Os criptocromos das plantas agrupam-se à luz do sol e se desfazem no escuro.

A forma do luar de L-Cry não foi capturada diretamente nestas experiências, mas a nova compreensão das estruturas dos dímeros revela como L-Cry distingue o luar da luz solar. A forma da proteína ao luar pode ser criada apenas a partir do dímero da escuridão - e não da forma flutuante da luz solar. Isso ajuda a explicar como os vermes evitam confundir a luz fraca do amanhecer e do anoitecer com a luz da lua.

Embora este estudo se concentre em apenas uma proteína num animal, há razões para pensar que este mecanismo de cronometragem lunar faz parte de uma história evolutiva que vai além dos trágicos romances ao luar do verme eriçado. “É bem possível que outros tipos de criptocromos também empreguem esse tipo de mecanismo”, disse Crane.

Outros animais têm ciclos reprodutivos mensais, embora não estejam necessariamente ligados diretamente à lua. Nós, humanos, por exemplo, temos um ciclo que tem aproximadamente a mesma duração do ciclo lunar, disse Tessmar-Raible. “O ciclo menstrual, por definição, é um oscilador mensal.”

Qualquer possível papel das fases da lua na sincronização do ciclo menstrual humano é altamente controverso. Mesmo assim, a menstruação, os meses e a lua poderiam partilhar mais do que raízes etimológicas. Os hormônios dos vermes eriçados que oscilam em sincronia com as fases lunares têm primos próximos nos humanos, disse Tessmar-Raible. “Não acho que seja exagero dizer que os vermes podem abrir caminho para [compreender] o tempo reprodutivo mensal em humanos.” Talvez os nossos ritmos modernos de 28 dias sejam restos evolutivos, remendados a partir de pedaços de mecanismos celulares mais antigos que, num mar raso e primordial, outrora ajudaram os vermes marinhos a acompanhar o ciclo da lua.

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