Libélulas e evolução paralela: opsina de vermelho profundo e infravermelho próximo

Às vezes, a evolução chega à mesma “solução” mais de uma vez, mesmo quando se trata de animais muito distantes entre si. Essa é a ideia por trás da evolução paralela - e um novo estudo indica que as libélulas podem ser um exemplo surpreendentemente nítido desse fenómeno.

Uma equipa da Universidade Metropolitana de Osaka (OMU) observou que libélulas conseguem detectar luz de vermelho muito profundo por meio de um mecanismo que se parece, de forma impressionante, com o usado por mamíferos.

Isso é relevante para a biologia básica, mas também tem um lado prático: a luz vermelha e a luz de infravermelho próximo já são amplamente utilizadas em tecnologias médicas.

A investigação centra-se nas opsinas, proteínas sensíveis à luz que estão no núcleo do processo de visão. O achado não é apenas “libélulas enxergam vermelho”, e sim que “libélulas podem estar enxergando o vermelho de um jeito que não esperaríamos de um insecto”.

Visão para além do vermelho profundo

A visão de cores humana depende de opsinas ajustadas a diferentes faixas do espectro. Em termos simples, contamos com três tipos principais, mais sensíveis a comprimentos de onda associados ao azul, ao verde e ao vermelho.

Já as libélulas têm fama de possuir um sistema visual extraordinariamente sofisticado quando comparadas a muitos outros insectos. Como caçam presas rápidas no ar, acompanham rivais e interagem em alta velocidade, os olhos delas são uma ferramenta essencial - não um enfeite.

A equipa da OMU, liderada por Mitsumasa Koyanagi e Akihisa Terakita, identificou uma opsina de libélula que reage a luz em torno de 720 nanómetros. Esse valor fica além do limite que a maioria das pessoas considera como a fronteira do “vermelho profundo” dentro da luz visível.

“Este é um dos pigmentos visuais mais sensíveis ao vermelho já encontrados”, disse Terakita. “As libélulas provavelmente conseguem ver mais fundo no vermelho do que a maioria dos insectos.”

Assim, o conjunto de ferramentas visuais das libélulas inclui um pigmento ajustado a uma zona do espectro que muitos insectos mal conseguem explorar.

Isso não significa que elas enxerguem infravermelho completo como uma câmara térmica. Mas indica que podem avançar mais para o extremo vermelho do que se imaginava, o que potencialmente adiciona um canal extra de informação no ambiente por onde voam.

Identificar parceiros em movimento

Os investigadores não pararam em “aqui está um pigmento”. Eles também tentaram entender para que ele serviria, porque uma capacidade sensorial tende a ser mantida ao longo do tempo apenas se trouxer vantagem.

Uma hipótese levantada foi a detecção de parceiros. Se machos e fêmeas reflectirem luz vermelha e infravermelho próximo de maneiras diferentes, então um pigmento sensível a essa faixa poderia facilitar distinguir “potencial parceiro” de “não é parceiro” enquanto o animal se desloca rapidamente.

Para avaliar isso, o grupo analisou a reflectância - isto é, o quanto uma superfície devolve a luz que recebe.

Em libélulas, a reflectância pode afectar como os indivíduos se percebem em tempo real, sobretudo durante voos velozes.

Os resultados mostraram diferenças perceptíveis entre machos e fêmeas na reflectância do vermelho ao infravermelho próximo.

Isso reforça a ideia de que a sensibilidade a esses comprimentos de onda pode ajudar machos a localizar fêmeas com rapidez, mesmo em cenários visualmente confusos, como margens de água muito iluminadas ou vegetação sob sol forte.

Mesma solução, evolução diferente

A parte mais marcante apareceu quando a equipa examinou a proteína com mais detalhe. Eles concluíram que a forma como a opsina da libélula alcança sensibilidade ao vermelho segue a mesma estratégia empregada pelas opsinas vermelhas de mamíferos.

“Surpreendentemente, o mecanismo pelo qual a opsina vermelha da libélula detecta luz vermelha é idêntico ao da opsina vermelha em mamíferos, incluindo humanos”, afirmou o primeiro autor do estudo, Ryu Sato, estudante de pós-graduação na Universidade Metropolitana de Osaka.

“Este é um resultado inesperado, sugerindo que o mesmo processo evolutivo ocorreu de forma independente em linhagens distantemente relacionadas.”

Esse é o ponto central da evolução paralela: percursos evolutivos distintos, mas o mesmo truque molecular.

De insectos à inovação

Quando se encontra uma opsina que responde a comprimentos de onda mais longos, é natural pensar em aplicações - não só em animais. A luz vermelha e o infravermelho próximo já são úteis porque atravessam tecido com mais eficiência do que comprimentos de onda mais curtos, como o azul ou o ultravioleta.

Por isso, a equipa investigou se essa opsina de libélula poderia ser deslocada ainda mais na direcção do infravermelho próximo por meio de ajustes na sua estrutura.

Eles identificaram uma única posição-chave na proteína que influencia fortemente quais comprimentos de onda ela “prefere”.

Em seguida, os investigadores criaram uma versão modificada que passou a responder a comprimentos de onda ainda mais longos. Além disso, demonstraram que células equipadas com a opsina alterada podiam ser activadas por luz de infravermelho próximo - o tipo de prova de conceito que a área de optogenética procura.

Levar a luz mais fundo no tecido

Optogenética é a ideia de controlar células com luz ao fornecer a elas proteínas sensíveis à luz. A abordagem é amplamente usada em neurociência e biologia celular.

Uma limitação importante é que a luz não se propaga da mesma forma por tecidos vivos. Por esse motivo, comprimentos de onda mais longos podem representar uma grande vantagem.

“Conseguimos deslocar a sensibilidade de uma opsina modificada de infravermelho próximo de libélulas Gomphidae ainda mais em direcção a comprimentos de onda mais longos e confirmámos que a opsina modificada de infravermelho próximo pode induzir respostas celulares à luz de infravermelho próximo”, disse Koyanagi.

“Estas descobertas demonstram esta opsina como uma ferramenta optogenética promissora, capaz de detectar luz mesmo em profundidade dentro de organismos vivos.”

A promessa é directa: se for possível activar uma opsina projectada com luz de infravermelho próximo, pode-se desencadear respostas em regiões mais internas do corpo com configurações menos invasivas.

Isso já pode ter impacto em investigação agora e, com o tempo, em aplicações médicas que exijam precisão sem a necessidade de cortar tecido.

Quando a evolução concorda com o desenho

Este estudo ocupa um espaço onde biologia e engenharia se encontram. Do lado biológico, sugere que as libélulas não chegaram à sensibilidade ao vermelho por um desvio “exclusivo de insectos”; ao contrário, convergiram para um mecanismo semelhante ao de mamíferos.

Isso é significativo porque a convergência costuma revelar soluções especialmente eficientes na natureza.

Se a evolução “escolhe” de forma independente a mesma estratégia molecular em linhagens diferentes, isso indica que pode haver um número limitado de maneiras óptimas de resolver esse tipo de problema.

Libélulas inspiram nova tecnologia

Do lado tecnológico, o trabalho apresenta um novo candidato a ferramenta para optogenética, sobretudo quando o obstáculo é fazer a luz penetrar mais profundamente.

Não se trata de um dispositivo médico pronto, nem há qualquer alegação de cura, mas é um passo claro na direcção de um conjunto de ferramentas mais alinhado com a forma como a luz realmente se comporta em tecidos vivos.

A pesquisa também muda a forma como olhamos para as libélulas. Elas já são conhecidas pela velocidade e precisão como caçadoras aéreas, mas estes dados sugerem que o mundo sensorial delas pode incluir sinais que muitos outros insectos simplesmente não conseguem perceber.

E é isso que torna estudos assim interessantes: começam com uma pergunta básica - como este animal enxerga - e terminam com ideias que podem ajudar a moldar ferramentas futuras para humanos.

Neste caso, o caminho passa por uma proteína minúscula que aprendeu a detectar luz de vermelho profundo - duas vezes, em dois ramos muito diferentes da vida.

O trabalho foi publicado na revista Ciências da Vida Celulares e Moleculares.