O segredo da destreza dos polvos: um sistema nervoso segmentado

Os polvos são conhecidos por guardar segredos, mas há agora uma pista sólida para explicar a sua destreza fora do comum.

Uma parte importante da precisão com que estes animais, quase de outro mundo, controlam cada um dos oito braços parece estar ligada à segmentação dos circuitos do sistema nervoso que os comandam. A descoberta, feita por investigadores da Universidade de Chicago, ajuda a decifrar a forma peculiar como os cefalópodes interagem com o mundo e pode até inspirar futuros projectos de robôs flexíveis.

"Se vai ter um sistema nervoso a controlar um movimento tão dinâmico, esta é uma boa maneira de o organizar", afirma o neurobiólogo Clifton Ragsdale. "Achamos que é uma característica que evoluiu especificamente em cefalópodes de corpo mole com ventosas para executar estes movimentos semelhantes aos de uma minhoca."

Um sistema nervoso distribuído pelos oito braços dos polvos

O sistema nervoso do polvo está entre os mais invulgares do planeta. Ao contrário do que acontece noutros animais inteligentes, ele é fortemente distribuído: uma parcela significativa dos seus cerca de 500 milhões de neurónios encontra-se espalhada pelos oito braços. Na verdade, os braços concentram mais neurónios do que a cabeça do polvo.

Além disso, cada braço consegue tomar decisões por si e, mesmo depois de separado do corpo, pode continuar a responder a estímulos. Os braços têm mais graus de liberdade do que conseguimos contabilizar e cada uma das centenas de ventosas - capazes de “provar” a química do meio envolvente - pode alterar a forma de modo independente.

Segmentação do cordão nervoso axial e controlo das ventosas

Nos braços do polvo, os neurónios estão sobretudo agrupados ao longo de um cordão nervoso axial que ondula por todo o comprimento do membro, com nós localizados junto de cada ventosa. A estrutura já parecia complexa e muito direccionada; por isso, uma equipa liderada pela neurocientista Cassady Olsen decidiu analisá-la ao detalhe para compreender melhor como funciona.

Ao observarem ao microscópio cortes longitudinais de um braço do polvo-de-duas-manchas da Califórnia (Octopus bimaculoides), os investigadores encontraram algo que nunca tinham visto. Ao longo do cordão nervoso axial, as células neuronais aparecem compactadas em segmentos, separados por espaços - chamados septos - ricos em tecido conjuntivo, por onde os nervos e as veias saem para se ligarem aos músculos mais próximos.

Ao seguirem essas ligações, a equipa verificou que nervos provenientes de vários segmentos se conectam a regiões musculares diferentes - o que aponta para um funcionamento coordenado entre segmentos, permitindo controlar os músculos com grande precisão.

Também perceberam que os nervos associados às ventosas se ligam através dos septos, formando uma espécie de mapa espacial nervoso das ventosas. Isso torna possível o controlo fino e individual de cada uma, à medida que o polvo as utiliza para “tocar e provar” o ambiente.

"Pensando nisto do ponto de vista da modelação, a melhor forma de criar um sistema de controlo para um braço muito comprido e flexível seria dividi-lo em segmentos", diz Olson. "Tem de haver algum tipo de comunicação entre os segmentos, que se pode imaginar que ajudaria a suavizar os movimentos."

O que muda nas lulas: braços, tentáculos e segmentação

O passo seguinte foi tentar perceber como a segmentação do cordão nervoso axial se relaciona com a sua função, procurando uma arquitectura semelhante noutro grupo de cefalópodes: as lulas.

Estes animais separaram-se evolutivamente dos polvos há cerca de 270 milhões de anos e a disposição dos seus apêndices é um pouco diferente. As lulas também têm oito braços com ventosas, mas acrescentam dois tentáculos que não apresentam ventosas ao longo do “cabo”, exibindo-as apenas nas “clavas” terminais.

Polvos e lulas também recorrem aos membros de forma distinta: os polvos usam-nos para explorar, deslocar-se pelo fundo do mar e manipular objectos; as lulas, por sua vez, utilizam-nos em mar aberto para agarrar e segurar presas.

Quando os investigadores analisaram a lula costeira de barbatana longa (Doryteuthis pealeii), verificaram que a arquitectura do cordão nervoso axial difere bastante da observada nos polvos. Além disso, não havia segmentação nos cabos dos tentáculos sem ventosas - mas a segmentação nervosa surgia nas clavas com ventosas.

O que a descoberta sugere para cefalópodes e robôs flexíveis

O resultado indica que um sistema nervoso segmentado está ligado ao controlo de apêndices com ventosas e que é essencial para um controlo fino e destro. É provável que as lulas não necessitem de tantos segmentos, porque não usam as ventosas para exploração da mesma forma que os polvos.

"Os organismos com estes apêndices carregados de ventosas, com movimentos semelhantes aos de uma minhoca, precisam do tipo certo de sistema nervoso", diz Ragsdale. "Cefalópodes diferentes chegaram a uma estrutura segmentar, cujos detalhes variam de acordo com as exigências dos seus ambientes e as pressões de centenas de milhões de anos de evolução."

A investigação foi publicada na revista Comunicações da Natureza.