Órgão pineal e mesencéfalo nos peixes: como a luz dos olhos guia o nado para cima e para baixo

Cientistas localizaram, em peixes, uma região do mesencéfalo que junta sinais luminosos vindos dos olhos e do órgão pineal - uma estrutura sensível à luz no topo da cabeça, muitas vezes apelidada de “terceiro olho” - para orientar se o peixe nada para cima ou para baixo.

A descoberta liga um órgão luminoso há muito subvalorizado a uma escolha comportamental directa, mostrando como a cor da luz na água pode transformar-se, no cérebro, em movimento.

Órgão pineal e mesencéfalo nos peixes

Em larvas transparentes de peixe-zebra, o sinal de luz acabava por convergir numa pequena área do mesencéfalo, onde alterações na iluminação geravam respostas neuronais distintas.

Na Universidade Metropolitana de Osaka (OMU), o Dr. Seiji Wada seguiu o rasto dessas respostas até ao tegmento, uma região do mesencéfalo associada ao controlo do movimento, onde a informação do órgão pineal se encontrava com a informação proveniente dos olhos.

Essas mensagens não permaneceram muito tempo em vias independentes: eram integradas no mesmo local antes de o peixe ajustar a profundidade.

Ao delimitar esse ponto de convergência, a equipa clarificou a base da descoberta e abriu caminho para a pergunta seguinte: que tipo de informação luminosa cada órgão estava a acrescentar.

Porque é que a cor importa

Debaixo de água, a luz solar não se mantém igual: a profundidade, a sombra e o material em suspensão mudam a quantidade de ultravioleta e de luz visível que consegue chegar mais longe.

Trabalhos anteriores já tinham mostrado que uma opsina pineal - uma proteína sensível à luz que se altera quando é iluminada - respondia de forma oposta ao ultravioleta e à luz visível.

Como essa proteína equilibra dois estados em função da luz ambiente, o peixe consegue interpretar a mistura de cores e não apenas a intensidade (brilho).

Assim, a cor que vem de cima torna-se uma pista útil sobre profundidade, abrigo e risco, antes mesmo de o peixe tocar na superfície ou no fundo.

Ver neurónios a brilhar

Para acompanhar este processo, a equipa da OMU observou neurónios a “piscar” dentro de larvas transparentes de peixe-zebra, mantendo a actividade cerebral visível.

Recorreram à imagem de cálcio, uma técnica em que as células activas ficam mais brilhantes quando o cálcio aumenta.

O sinal seguia de células no topo da cabeça para células de retransmissão e depois avançava em direcção ao mesencéfalo; já em peixes sem a proteína, grande parte desse sinal desaparecia.

Estas perdas foram importantes porque ligaram o padrão a uma proteína luminossensível específica, em vez de o atribuírem a um aumento geral de excitação no cérebro.

Os dois órgãos são importantes

No tegmento, os sinais não coincidiam perfeitamente com a entrada do topo da cabeça, o que indicou à equipa que os olhos também os moldavam.

Quando os cirurgiões removeram os olhos, algumas respostas mantiveram-se, mas com alterações no tempo de resposta, mostrando que as mensagens da retina modificavam o sinal vindo do topo da cabeça.

“Estas sinais integrados contribuem então para o comportamento de natação para cima e para baixo do peixe”, disse Wada.

Esta combinação indicou que o chamado terceiro olho não funciona como reserva, mas como parte do sistema de orientação.

Uma pista esquerda-direita

Ao direccionar luz para apenas um lado do órgão pineal - uma estrutura sensível à luz junto ao tecto do cérebro - observaram-se respostas mais fortes desse mesmo lado.

O mesmo enviesamento surgia nos dois lados, sugerindo que as entradas esquerda e direita se mantinham parcialmente separadas, em vez de se misturarem de imediato.

Em contraste, os sinais vindos dos olhos pareciam mais equilibrados entre os dois lados, pelo que o sinal pineal pode transportar detalhe espacial que as retinas tendem a esbater.

Esse tipo de informação espacial grosseira poderá ajudar peixes jovens a distinguir água ensolarada de água sombreada sem terem de nadar muito.

O comportamento confirma a função

Em peixes jovens, com apenas alguns dias após a eclosão, mudar a cor da luz fazia-os deslocarem-se para cima ou para baixo de forma estável e repetível.

Quando determinadas cores se tornavam mais intensas, os peixes normais nadavam de forma consistente para baixo sob luz azul.

Os peixes sem uma proteína-chave de detecção de luz continuavam a mover-se, mas deixavam de seguir aquele padrão claro de subida e descida.

Essa diferença mostrou que a proteína estava a orientar onde o peixe se posicionava na coluna de água, e não apenas a determinar quão activo ele estava.

O tempo molda o movimento

Alterações graduais em comprimentos de onda curtos revelaram um padrão mais limpo, porque os peixes acompanhavam melhor mudanças lentas do que flashes abruptos.

O movimento seguia as subidas e descidas da luz ao longo de cerca de 10 segundos, o que sugere que o circuito fazia uma média da informação antes de agir.

Como a distância total percorrida quase não mudava, o circuito pareceu escolher a direcção do deslocamento, em vez de simplesmente aumentar ou reduzir a actividade.

Este ritmo mais lento encaixa na vida subaquática, onde nuvens, sombras e profundidade costumam alterar a cor gradualmente, e não de forma instantânea.

Cortar a via

Quando os investigadores destruíram células do tegmento responsivas à cor, os peixes perderam grande parte da capacidade de alinhar o movimento com a luz.

Já os peixes submetidos a um procedimento simulado mantiveram o padrão, o que restringiu o efeito a essa via e não à cirurgia ou ao manuseamento.

Mesmo depois do corte, alguma resposta persistiu, sugerindo que outras proteínas sensíveis à luz ou outros circuitos ainda influenciavam o mesmo comportamento.

Ainda assim, o enfraquecimento do ritmo mostrou que esta rota do mesencéfalo transporta uma parcela real da decisão final.

Para lá da visão dos peixes

Durante décadas, os biólogos souberam que muitos peixes e répteis preservavam o órgão pineal próximo do tecto do cérebro.

Agora, o trabalho da OMU associa esse órgão a um circuito de decisão bem definido, em vez de o deixar como um “olho extra” misterioso.

Como a PP1 alterna estados com diferentes comprimentos de onda, a proteína pode ajudar os investigadores a desenvolver optogenética mais precisa, ferramentas que controlam células com luz.

Essa possibilidade vai além dos peixes, porque oferece uma forma clara de marcar ou orientar circuitos que processam sinais em competição.

O que a luz decide

Ao ligar um sensor no topo da cabeça, os olhos e o tegmento numa única via, o estudo mostra como a luz se transforma numa escolha de profundidade.

Continuam em aberto questões maiores sobre peixes mais velhos, outras espécies e opsinas ainda por identificar, mas este circuito passa agora a ter um contorno nítido.