Endocastos em peixes actinopterígios mudam o que sabemos sobre o cérebro

Por muito tempo, o interior do crânio de um peixe pareceu contar uma história simples. A ideia dominante era que o espaço oco que sobra depois da decomposição dos tecidos moles poderia servir como um substituto confiável do cérebro.

Essa suposição orientou décadas de estudos sobre a evolução dos cérebros dos vertebrados. Um estudo recente, porém, contesta esse ponto de partida e expõe um cenário bem mais intricado.

Olhando por dentro dos crânios de peixes

Durante anos, pesquisadores recorreram aos endocastos - moldes naturais do interior da caixa craniana - para investigar cérebros antigos.

Como esses moldes frequentemente preservam o contorno do espaço onde o cérebro se acomodava, muitos cientistas passaram a tratá-los como cópias muito próximas das estruturas cerebrais reais.

Em diversos vertebrados, o procedimento funciona relativamente bem. Em mamíferos e aves, por exemplo, o cérebro costuma se ajustar de modo bem justo ao crânio.

Nesse caso, a cavidade interna tende a refletir o formato do cérebro com uma precisão aceitável. Já nos peixes, a lógica pode ser outra.

Uma grande lacuna de conhecimento

Os peixes actinopterígios (peixes de nadadeiras raiadas) representam cerca de metade de todas as espécies de vertebrados. Ainda assim, havia pouca informação sólida sobre o quanto as cavidades cranianas desse grupo se parecem - ou não - com os próprios cérebros. Apenas poucas espécies tinham sido analisadas com profundidade.

Essa ausência de dados levantou uma questão decisiva: se, nos peixes atuais, a relação entre cérebro e cavidade varia bastante, então leituras feitas a partir de fósseis podem estar incorretas.

“Como podemos fingir que entendemos como a evolução, e especialmente a evolução do cérebro, funciona se sabemos quase nada sobre metade dos vertebrados?”, disse Rodrigo Figueroa, primeiro autor do estudo.

Escaneando peixes em detalhes

Para investigar o problema, os pesquisadores avaliaram 86 espécies de peixes actinopterígios. O conjunto incluía animais de diferentes habitats e de ramos evolutivos diversos.

A equipe aplicou uma técnica chamada dice-TC. Nela, os peixes são embebidos em iodo, o que torna tecidos moles visíveis nas tomografias.

Com isso, foi possível observar, em três dimensões e sem dissecar o espécime, tanto o cérebro quanto o espaço ao redor dele dentro do crânio.

O resultado foi uma visão detalhada de como, na prática, os cérebros se posicionam dentro das caixas cranianas.

Nenhum padrão comum de estrutura

Os achados surpreenderam os autores. Em muitos vertebrados, os endocastos seguem um desenho relativamente estável: regiões como lobos ópticos ou rombencéfalo podem ser reconhecidas de forma consistente entre espécies.

Nos peixes actinopterígios, esse padrão se rompe. Em algumas espécies, a cavidade apresenta divisões internas bem marcadas. Em outras, ela é lisa e simples, sem características evidentes.

Mais ainda: até espécies próximas do ponto de vista evolutivo podem exibir diferenças grandes entre si.

“Se você fizer uma tomografia de um crânio de mamífero e criar uma réplica do cérebro preenchendo o espaço vazio lá dentro, ela vai ficar muito parecida com o cérebro real; há um encaixe muito apertado entre cérebro e crânio”, disse Stephanie Pierce, da Harvard University.

“Mas, nesses peixes, há cérebros pequenos, cérebros grandes, cérebros lisos, cérebros convolutos; é simplesmente impressionante a quantidade de diversidade que esses animais estão mostrando.”

O cérebro não ocupa todo o espaço

O estudo também quantificou quanto da cavidade craniana é de fato preenchido pelo cérebro - a chamada relação cérebro–cavidade endocraniana.

Em aves e répteis, o cérebro geralmente ocupa a maior parte do espaço disponível. Já nos peixes actinopterígios, a média é bem menor.

Em certas espécies, o cérebro representa menos de 5 por cento do volume da cavidade. Em outras, ultrapassa a metade.

Essa amplitude indica que, com frequência, o cérebro fica “assentado” dentro de áreas vazias consideráveis.

Extremos no mar profundo

O ambiente aparece como um fator importante nesse padrão. Peixes de mar profundo costumam apresentar relações cérebro–cavidade endocraniana muito baixas: o cérebro é pequeno em comparação ao tamanho do crânio.

Uma explicação possível envolve custo energético. Tecidos cerebrais demandam muita energia, e a disponibilidade de alimento é limitada nas profundezas oceânicas. Assim, um cérebro menor poderia reduzir as exigências metabólicas.

“Muitas coisas podem explicar por que seria benéfico ter um cérebro minúsculo e uma cabeça grande”, disse Figueroa.

“O tecido meníngeo que envolve o pequeno cérebro funciona como um amortecedor protetor que cria um espaço para o cérebro, mantendo-o seguro contra impactos ou variações de uma pressão avassaladora.”

O formato do crânio influencia a cavidade

O desenho do crânio também interfere no formato da cavidade interna. Crânios mais achatados tendem a gerar cavidades mais achatadas. Crânios alongados, por sua vez, costumam produzir espaços igualmente alongados.

Mesmo assim, a relação não é sempre direta. Em alguns predadores, a anatomia do crânio pode favorecer a alimentação mais do que a acomodação do cérebro.

Nesses casos, surgem cavidades com formas incomuns, que não se alinham ao que se esperaria por uma lógica simples de “moldagem” do cérebro.

Além disso, outras estruturas disputam espaço dentro da cabeça - como músculos da mandíbula e órgãos do ouvido interno.

O crescimento muda o encaixe do cérebro

O trabalho também comparou diferentes fases de vida em uma espécie chamada Amia. Em indivíduos jovens, o cérebro ocupa uma parcela maior da cavidade.

Com o crescimento, o crânio aumenta de tamanho mais rapidamente do que o cérebro, criando mais “folga” em adultos.

Isso deixa claro que a idade do animal pode alterar a relação cérebro–cavidade.

Para fósseis, esse ponto acrescenta outra camada de dificuldade, já que a idade do espécime muitas vezes não é conhecida.

Repensando cérebros fósseis

As conclusões têm implicações relevantes para a paleontologia. É comum que endocastos fósseis sejam descritos como se representassem diretamente a anatomia do cérebro.

O estudo indica que essa leitura pode enganar, especialmente em peixes actinopterígios: a cavidade não necessariamente reproduz o formato nem o tamanho do cérebro.

“Por décadas, pesquisadores presumiram que o formato do endocasto de um fóssil refletia diretamente a morfologia do seu cérebro e, embora essa seja uma suposição bastante boa para a maioria dos vertebrados, não é para peixes”, disse Pierce.

“Ao comparar endocastos com cérebros, nossos resultados mostram que os dois podem evoluir em trajetórias completamente diferentes.”

Em vez de funcionarem como réplicas do cérebro, os endocastos podem registrar a influência de outros fatores.

Eles podem carregar sinais sobre habitat, mecânica do crânio e sistemas sensoriais - mudando, assim, a forma como podem ser usados em pesquisa.

Direções para pesquisas futuras

O estudo abre mais perguntas do que encerra. É possível que padrões mais claros apareçam quando a análise se concentra em grupos menores de peixes.

Com mais dados, podem surgir associações entre forma do cérebro, ambiente e comportamento.

“A neurociência moderna muitas vezes se concentra em mapear os ‘conectomas’ de poucas espécies específicas”, observou Figueroa.

“Ainda assim, este estudo mostra que esse foco fornece apenas uma visão pequena e estreita do que realmente evoluiu ao longo de milhões de anos e levanta mais perguntas sobre se as formas cerebrais flexíveis e diversas desses peixes causaram seu sucesso global, ou se o sucesso deles em ambientes variados forçou seus cérebros a se adaptar de maneiras tão únicas.”

Uma perspectiva em transformação

O estudo altera a maneira como o crânio de peixes é interpretado. O que parecia ser apenas um molde simples do cérebro se revela como uma estrutura complexa, definida por múltiplas pressões e funções.

“Este estudo representa nossos primeiros passos”, acrescentou Pierce. “Ele está nos dando um retrato rápido de quais são as principais tendências e para onde vamos a seguir.”

A mensagem é direta: o espaço dentro do crânio de um peixe guarda mais do que pistas sobre o cérebro. Ali também ficam marcas de evolução, ambiente e estratégias de sobrevivência ao longo de milhões de anos.