quarta-feira, 29 de fevereiro de 2012

A evolução do olho - acréscimos II

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Opsinas de artrópodes


Euphausia superba - marinebio.org .


Investigações sobre a evolução da opsina fora dos sistemas dos vertebrados tem-se focado em pigmentos visuais dos insetos, enquanto outros grupos tem recebido menor atenção. Consequentemente, poucos estudos tem explicitamente investigado as influências seletivas por todas as atualmente caracterizadas opsinas de artrópodes. Estudos tem contribuído para o conhecimento de opsinas de crustáceos pelo sequenciamento de um gene opsina de cada seis previamente não caracterizados em espécies de crustáceos (Euphausia superba, Homarus gammarus, Archaeomysis grebnitzkii, Holmesimysis costata, Mysis diluviana e Neomysis americana). As absorbâncias de espectro de pigmentos visuais foram medidas usando microespectrofotometria para espécies não previamente caracterizadas (A. grebnitzkii = 496 nm, H. costata = 512 nm, M. diluviana = 501 nm e N. americana = 520 nm). Estas novas sequências de opsinas de crustáceos foram incluídas em uma análise filogenética com sequências de opsina artrópode previamente caracterizadas para determinar o posicionamento evolucionário relativo aos bem estabelecidos clados espectrais de insetos (sensibilidade a comprimentos de onda longos/médios/curtos). A análise filogenética indica que estas novas opsinas de crustáceos formam um clado monofilético com as sequências de opsina previamente caracterizadas dos lagostins e formando um grupo irmão com as opsinas sensíveis a comprimentos de onda médios e longos dos insetos. A filogenia da opsina reconstruída e os correspondentes dados espectrais para cada sequência foram usados para investigar influências seletivas dentro dos artrópodes, e principalmente a evolução da opsina "pancrustaceana" usando padrões do método pelas razões dN/dS e técnicas mais precisas investigando as alterações das propriedades de aminoácidos resultantes de substituições não sinônimas em um contexto histórico (i.e., filogenético). Embora os métodos conservativos dN/dS não tenham detectado qualquer seleção, 4 propriedades de aminoácidos (tendência ao espiralamento, compressibilidade, potência estar no meio de uma hélice α e índice de refração) foram encontrados como sendo influenciados por seleção positiva na desestabilização. Dez sítios de aminoácidos relacionados a estas propriedades foram encontrados relacionados ao nicho de ligação, dentro de 4 Å do cromóforo e logo tendo o potencial para afetar o ajuste do espectro. Ref.: Megan L. Porter, Thomas W. Cronin, David A. McClellan, Keith A. Crandall; Molecular Characterization of Crustacean Visual Pigments and the Evolution of Pancrustacean Opsins; Mol Biol Evol 1 January 2007: 253-268.



O gene Nrl

Estrutura a proteína verde fluorescente. Ref.: Fan Yang, Larry G. Moss, and George N. Phillips, Jr; The Molecular Structure of Green Fluorescent Protein -  www-bioc.rice.edu

O fator de transcrição da família Maf Nrl é um regulador chave da diferenciação de fotorreceptores em mamíferos. A remoção do gene Nrl em camundongos conduz a a cones funcionais em detrimento de bastonetes. Mostrou-se que um Nrl  de 2.5-kb segmento promotor dirige a expressão de maior GFP (green fluorescent protein, proteína verde fluorescente) especificamente a fotorreceptores de bastonetes e a glândula pineal de camundongos transgênicos. GFP é detectada logo após a divisão celular terminal, correspondendo ao timing da gênese de bastonetes revelada por estudos que já fazem aniversários. Em retinas Nrl−/−, os fotorreceptores GFP+ expressam opsina S, consistentente com a transformação de precursores de bastonetes em cones. Relatam-se os perfis genéticos de fotorreceptores GFP+ recentemente isoladas do fluxo classificado do tipo selvagem e retinas Nrl−/− em cinco estágios distintos de desenvolvimento. Resultados obtidos fornecem um quadro para o estabelecimento de redes de genes reguladoras que levam à maturidade fotorreceptores funcionais a partir de precursores pós-mitóticos. Genes expressos diferencialmente de bastonetes e cones são excelentes candidatos para retinopatias. Ref.: Masayuki Akimoto, et al; From the Cover: Targeting of GFP to newborn rods by Nrl promoter and temporal expression profiling of flow-sorted photoreceptors; Proc. Natl. Acad. Sci. USA 7 March 2006: 3890-3895.



A melanopsina

Nesta frase está a chave de um passo da evolução bioquímica da visão, desmontando imediatamente uma etapa da argumentação pela "complexidade irredutível" da bioquímica do olho dos mamíferos (como se tal afirmação pudesse desmontar uma visão evolutiva dos olhos dos amniotas até os mamiferos e as aves):

Melanopsina é o fotopigmento que confere a sensibilidade à luz nas células ganglionares retinais intrinsecamente fotosensíveis (intrinsically photosensitive retinal ganglion cells, ipRGC).

Xenopus laevis -   allaboutfrogs.org  


Células ganglionares retinais intrinsecamente fotosensíveis de mamíferos estão envolvidas na sincronização fótica (luminosa) de ritmos cicardianos ao ciclo dia-noite. Relata-se os componentes moleculares da sinalização de melanopsina usando-se culturas do sistema dermal melanóforo de rãs do gênero Xenopus. Melanopsina foto-ativada é mostrada como iniciando uma sinalização numa cadeia de fosfoinositida similar aquela encontrada em foto-transdução de invertebrados. Em melanóforos, a luz aumenta o nível intracelular de tris-fosfato de inositol e causa a dispersão de melanosomas. A inibição de fosfolipase C e proteína quinase C e a quelação de cálcio intracelular bloqueia o efeito da luz sobre os melanóforos. Pelo menos quatro proteínas, 43, 74, 90 e 134 kDa, são fosforiladas pela proteína quinase C sob estimulação luminosa. Isto fornece a evidência de uma cascata de sinalização ativada por luz como a dos invertebrados dentro das células dos vertebrados. Ref.: Mauro Cesar Isoldi, et al; Rhabdomeric phototransduction initiated by the vertebrate photopigment melanopsin; Proc. Natl. Acad. Sci. USA 25 January 2005: 1217-1221.




E mesmo após os seus inimigos pedirem misericórdia a seus discípulos, sem capacidade alguma de respostas, de contra-argumentação e mínima respeitabilidade, o Herege ainda lhes entregava poderosas armas, e exigia que os esmagassem sem dó nem piedade, pois como o Herege lhes dizia:

-Criacionista bom é o humilhado, num canto, sem poder espalhar suas tonteiras a ninguém.

Livro da Impiedade, Relatos de Átila - Francisco, O Herege


terça-feira, 21 de fevereiro de 2012

Cianobactéria produz hidrogênio

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Traduzido, editado e linkado de:

Katharine Sanderson; Hydrogen production comes naturally to ocean microbe - Cyanobacterium gives off hydrogen as by-product of day-to-day processes. - www.nature.com

< Produção de hidrogênio ocorre naturalmente em micróbio oceânico -Cianobacteéria expele hidrogênio como um subproduto de seus processos diários>



Cyanothece 51142


A cianobactéria Cyanothece 51142 produz hidrogênio no ar - Pakrasi Lab

Um micróbio oceânico aparentemente pouco notável acaba de demonstrar-se um seer vivo multitarefa - não só realizando a fotossíntese, mas também podendo produzir grandes quantidades de hidrogénio, abrindo um modo com potencial para produzir este gás de maneira mais barata para uso como combustível.

A cianobactéria unicelular Cyanothece 51142 pode fazer hidrogênio no ar. Himadri Pakrasi da Universidade de Washington em St Louis, Missouri, e seus colegas reportam na Nature Communications [1]Até agora, os únicos organismos conhecidos para produzir hidrogênio só poderiam produzi-lo em um ambiente livre de oxigênio - tornando-se um processo potencialmente caro de ser dimensionado em escala industrial.


A Cyanothece 51142 foi descoberta em 1993, ao largo da costa do Texas, por Louis Sherman, da Universidade Purdue, em West Lafayette, Indiana, um co-autor do estudo. Pakrasi descobriu mais tarde que a bactéria tem um ciclo de duas fases diárias. Durante o dia, quando realiza fotossíntese, usando a luz solar e o dióxido de carbono para produzir (na verdade, resultando como subproduto) oxigênio e na polimerização de cadeias de moléculas de glicose chamados glicogênios. Quando o Sol se põe, a enzima nitrogenase do micróbio entra em ação, usando a energia armazenada no glicogênio para fixar o nitrogênio do ar em amônia. O hidrogênio é formado como um subproduto.

Os dois mecanismos são diferentes na medida que a fotossíntese é um processo aeróbico - que requer oxigênio - considerando que a fixação de nitrogênio e, consequentemente, a produção de hidrogênio, pode ocorrer somente por via anaeróbia, porque o contato com o oxigênio destrói a enzima nitrogenase. Mas a Cyanothece 51.142 consegue fixar nitrogênio, mesmo na presença de oxigênio atmosférico através da queima de oxigênio celular para produzir energia. Porque a fotossíntese não está ocorrendo, a bactéria utiliza o seu oxigênio celular de modo que a enzima nitrogenase é efetiva, em grande medida, num ambiente livre de oxigênio.


Reações Rítmicas


Cyanothece 51142 tem um ritmo circadiano natural que lhe permite ser "treinado" para produzir hidrogênio em quantidades maiores.

Depois de um ciclo único de 12 horas por dia e 12 horas por noite, Pakrasi e sua equipe mantiveram as luzes acesas por mais de 48 horas seguidas. Durante este tempo, os micróbios continuaram com a sua fixação 'noturna' de nitrogênio e a produção de hidrogênio no período que normalmente estaria escuro, as custas de mais combustível para o processo pela realização de fotossíntese. Os pesquisadores descobriram que, nestas condições, os micróbios ajustam a sua capacidade fotossintética para maximizar a fixação biológica de nitrogênio.

A quantidade de hidrogênio produzido dessa forma - 150 micromoles por miligrama de clorofila por hora [Nota 1] - é o maior valor já registrado em cianobactérias naturais sob condições normais de atmosfera, diz Pakrasi. Se as bactérias se comportaram da mesma maneira em um litro de meio de cultura como o fizeram nos 25 mililitros de meio utilizado na experiência, fariam pouco mais de 900 ml de hidrogênio em 48 horas - o tempo necessário para a experiência.

Nota 1: Considerando que um mol de hidrogênio molecular é igual a duas gramas, esta quantidade de moles é igual a 3 décimos de miligrama, nas "CNTP", pouco mais de 3 ml.



Alta Natural

"Este é o sistema mais eficaz publicado até agora para a produção de hidrogênio", diz Oliver Lenz da Universidade Humboldt de Berlim, que trabalha na enzima hidrogenase. Em seu trabalho, Lenz enxertou hidrogenase diretamente no fotossistema I, uma unidade de proteína necessária para a fotossíntese. Bactérias que ocorrem naturalmente, não podem competir com esses sistemas, com taxas de produção de hidrogênio no sistema de Lenz alcançando volumes maiores - 3.000 micromoles de hidrogênio por miligrama de clorofila por hora [Nota 2], Lenz diz - mas o sistema ainda não foi testado em um ambiente natural, e esse é a vantagem da descoberta do Pakrasi. "Eu nunca esperava tais taxas elevadas para um organismo natural," Lenz acrescenta. Abordagens sintéticas, tais como Lenz sofrem de ser de curta duração, como Pakrasi diz, muitas vezes perdendo capacidade dentro de horas, enquanto as cianobactérias "só vão manter por dias".

Nota 2: Aqui, já mais de 67 ml nas CNTP.

Outros organismos do tipo cianobactérias, como a alga Chlamydomonas reinhardtii , também produzir hidrogênio a taxas semelhantes, diz Olaf Kruse da Universidade de Bielefeld na Alemanha, que trabalha com a espécie. Mas esses outros micróbios precisam estritas condições anaeróbias para o trabalho. Kruse está ansioso para ver a escala de Pakrasi em seus experimentos para verificar se Cyanothece 51142 funciona tão bem quando cultivada em grandes volumes. Pakrasi diz que sua equipe está prestes a começar este trabalho, e já passou de 25 ml da cultura para 200 ml com resultados semelhantes.

Chlamydomonas reinhardtii - protist.i.hosei.ac.jp

No momento, Cyanothece 51.142 tem pequenas quantidades de hidrogenase que consomem uma parte do hidrogênio na medida que este é produzido. Para fazer o trabalho de Cyanothece 51142 melhor, Lenz sugere modificar geneticamente a bactéria para conter uma enzima hidrogenase mais eficiente, de forma que menos hidrogênio seja perdido.

O trabalho mostra que uma cianobactéria não modificada é capaz, diz Pakrasi. Existem pelo menos 10 outras linhagens de Cyanothece, e Pakrasi espera que estes trabalhem de uma forma similar. "Pode-se - e temos - de aumentar a taxa, fazendo modificações genéticas para o sistema", diz ele.



Referências

1. Bandyopadhyay, A. , Stöckel, J. , Min, H. , Sherman, L. A. & Pakrasi, H. B. Nature Commun. doi:10.1039/ncomms1139 (2010).


Ligações Externas

  • CONTROL OF PHOTOSYNTHESIS IN CYANOTHECE SP. ATCC 51142 - www.bio.purdue.edu
  • Bactéria Cyanothece converte luz do dia em energia - www.biotec-ahg.com.br
  • Welsh E.A., et al; The genome of Cyanothece 51142, a unicellular diazotrophic cyanobacterium important in the marine nitrogen cycle; Proc Natl Acad Sci U S A. 2008 Sep 30;105(39):15094-9. Epub 2008 Sep 23. - www.ncbi.nlm.nih.gov


Extras

Bacillus stratosphericus

Esquema de uma célula de combustível microbiana (editado de jornalciencia.com).


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segunda-feira, 13 de fevereiro de 2012

A evolução do olho - acréscimos

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Um "rabisco" que cresceu tanto ao ponto de:

1) Começar a prejudicar sua própria edição, e me atrapalhar.

2) Merecer uma blogagem isolada.

3) Ser aqui exposto, criticado, elaborado e futuramente, deste rascunho, fazer parte de meu pretencioso cartapácio sobre a evolução do olho,


Citando o personagem de mim mesmo, o 'profeta' Francisco, O Herege:

Eu lhes darei poderosas armas, evolucionistas. Usai-as bem, e atingi os criacionistas bem no meio da fundamentalista e dogmática testa.


Assim, 'dedos à obra'...



Texto fora do contexto é pretexto


A citação de Darwin, retirada de seu contexto, "a pretexto", pelos criacionistas e defensores do D.I. (para quem já me leu sobre isso, um pleonasmo):

Confesso abertamente: parece-me um absurdo do mais alto nível supor que o olho - com todos os seus dispositivos inimitáveis para o ajustamento do foco a diferentes distâncias, para a recepção de quantidades distintas de luz e para a correção de desvios cromáticos e esféricos - teria se formado por meio da seleção natural. - Chales Darwin, em "A Origem das Espécies"

A citação completa:

Supor que o olho com todos os seus dispositivos para ajustar o foco a distâncias diferentes, para admitir quantidades de luz diferentes, e para a correção de aberração esférica e cromática, podia ter sido formado pela seleção natural parece, confesso livremente, absurdo no mais alto grau. Quando foi dito pela primeira vez que o sol estava parado e o mundo girava à sua volta, o senso comum da humanidade declarou que essa doutrina era falsa; mas conforme todos os filósofos sabem, em ciência não se pode confiar no velho lema Vox populi, vox Dei. A razão diz-me que se for possível mostrar que existem numerosas gradações desde um olho simples e imperfeito até um olho complexo e perfeito, cada gradação sendo útil para o seu possuidor, como certamente é o caso; se, além disso, o olho alguma vez variar e as variações forem herdadas, como certamente também é o caso; e se tais variações forem úteis para qualquer animal sob condições de vida em mudança, então a dificuldade em acreditar que um olho perfeito e complexo podia ser formado por seleção natural, embora insuperável pela nossa imaginação, não devia ser considerada como subversiva da teoria.

Charles Darwin, The Origin of Species [A Origem das Espécies], 1859, p. 133:



Distorções desta citação impregnam, diria perigosamente, até divulgação científica, como pode-se ver aqui:

A descoberta teria ajudado bastante Charles Darwin (1809-1882), uma vez que o autor da Teoria da Evolução achava absurdo propor que o olho humano teria evoluído a partir de mutações espontâneas e pela seleção natural.

Divulgação Científica; Olho da evolução; 3/11/2004 - http://www.agencia.fapesp.br/


Deste texto e de seus relacionados, incluindo as inúmeras pesquisas que tem sido feitas recentemente neste campo, tenho de tirar uma importante parte para meu artigo "ex-Knol" sobre a evolução do olho. As traduções e edições abaixo são o primeiro esboço do que será acrescentado, e como se perceberá, requerem uma determinada mudança de estilo em relação aos abstracts originais, para se tornarem coerentes com um texto amplo sobre o tema.



O que é afirmado sem base científica também pode ser descartado sem base científica. - Christopher Hitchens





Platynereis dumerilli

Segundo estudo realizado pelos cientistas alemães Detlev Arendt e Jochen Wittbrodt, do Laboratório Europeu de Biologia Molecular (European Molecular Biology Laboratory em Heidelberg, na Alemanha), publicado na edição de 29 de outubro da revista Science, descobriu-se células sensíveis à luz que, no passado distante, funcionavam no cérebro de alguns invertebrados, depois de sucessivas etapas evolutivas, elas acabaram tornando-se células do cérebro de vertebrados, transformando-se nos cones e bastonetes, as estruturas essenciais para o eficiente sistema de visão dos mamíferos e outros cordados, como as aves.



Esta descoberta de uma migração de células cerebrais não chega a ser realmente surpreendente, pois ainda hoje possuímos células em nossos cérebros que detectam luz e influenciam em nosso relógio biológico.

Para se chegar à conclusão de que provavelmente houve, há milhões de anos, um ancestral comum entre vertebrados e invertebrados com uma espécie de olho no cérebro, os pesquisadores europeus analisaram um animal em notável estase evolutiva (i.e., nenhuma mudança, os popularmente chamados, e erroneamente, "fósseis vivos"), o Platynereis dumerilli, uma espécie de anelídeo, um poliqueta marinho que há cerca de 500 milhões de anos não sofre nenhuma grande transformação evolutiva, há pelo menos 500 milhões de anos, a não ser, como único ponto divergente, a localização desses grupos de células, as quais não apresentam significativa diferença com os fotorreceptores de um ser humano, e consequentemente de todos os mamíferos, e se nestes, de todos os cordados, e os de marinho que não sofre nenhuma grande transformação evolutiva.

A ancestralidade comum é sustentada por "impressões digitais" moleculares encontradas nos dois grupos de células, além da presença comum também de um pigmento como a opsina

Dois tipos de células fotorreceptoras são encontrados em vertebrados e invertebrados. O aparelho fotossensível em vertebrados tem um cílio sensorial, enquanto que o olho composto de invertebrados é do tipo rabdomérico. O trabalho de Arendt et al. examina a evolução dos olhos dos animais, comparando os tipos de células fotorreceptoras no verme de simetria bilateral. O olho dos vertebrados é comparado com o poliqueta, que é considerado, sob todas as evidências, como ancestral comum de insetos e vertebrados. O Platynereis possui o tipo de células fotorreceptoras rabdoméricas mas também tem uma estrutura cerebral com o fotorreceptor ciliar. Assim, um complexo cérebro ancestral fotossensível pode ter exibido os dois tipos, rabdomérico e ciliar. Além disso, fotorreceptores rabdoméricos dos olhos de invertebrados são mais estreitamente relacionados com as células ganglionares da retina dos vertebrados, enquanto que os cones e bastonetes da retina de vertebrados relacionam-se com uma população de fotorreceptores ciliares localizados no cérebro invertebrado. Ref.: New Light on the Vertebrate Eye. Sci. STKE 2004, tw401 (2004).


Opsinas

Opsinas são as moléculas fotorreceptoras universais de todos os sistemas visuais no reino animal. Elas podem mudar a sua conformação de um estado de repouso para um estado de sinalização sobre a absorção de luz, que ativa a proteína G, resultando em uma cascata de sinalização que produz respostas fisiológicas. Este processo de captura de um fóton e transformá-lo em uma resposta fisiológica é conhecido como fototransdução. Técnicas de clonagem recentes tem revelado a natureza rica e diversa dessas moléculas, encontradas em organismos que vão desde águas-vivas para os seres humanos, o funcionamento dos sistemas de fototransdução visuais e não visuais e as enzimas fotoisomerases. Ref.: Yoshinori Shichida and Take Matsuyama; Evolution of opsins and phototransduction; Phil Trans R Soc B 12 October 2009: 2881-2895. 
Os fotorreceptores ciliares dos vertebrados não são tão distintos dos fotorreceptores rabdoméricos invertebrados como às vezes se pensa. Informações recentes sobre a filogenia das opsinas ciliares e rabdoméricas ajudaram na construção das prováveis vias evolutivas seguidas. Pistas para os fatores que levaram a retina de vertebrados inicialmente a se tornarem invaginadas podem ser obtidas através da combinação de conhecimentos recentes sobre a origem da via para re-isomerização de retinóides com conhecimento da impossibilidade de se submeter opsinas ciliares fotoreversas, juntamente com a consideração das restrições impostas ao abrigo da luz em níveis muito baixos no fundo do oceano.  A investigação da origem de classes de células da retina de vertebrados fornece suporte para a noção de que os cones, bastonetes e células bipolares todas originaram-se de um fotorreceptor primordial ciliar, enquanto que as células ganglionares, células amácrinas e células horizontais provenientes de todos os fotorreceptores rabdoméricos. O conhecimento das diferenças moleculares entre cones e bastonetes, juntamente com o conhecimento da via de sinalização escotópica, proporciona uma compreensão da evolução dos bastonetes varas e dos circuitos dos bastonetes da retina. Assim, foi possível propor um cenário plausível para a sequência de passos evolutivos que levaram ao surgimento de fotorreceptores e retina dos vertebrados. Ref.: Trevor D. Lamb; Evolution of vertebrate retinal photoreception; Phil Trans R Soc B 12 October 2009: 2911-2924.

O artigo D. Arendt, K. Tessmar-Raible, H. Snyman e J. Wittbrodt e outros; Ciliary Photoreceptors with A Vertebrate-Type Opsin in an Invertebrate Brain, Science 29 October 2004: Vol. 306 no. 5697 pp. 869-871; DOI: 10.1126/science.1099955, pode pode ser lido no site da revista Science, em www.sciencemag.org. Abstract em: http://www.sciencemag.org/content/306/5697/869.abstract


Artigos e correspondências relacionadas:

Fritzsch B, Piatigorsky J, Tessmar-Raible K, Jékely G, Guy K, Raible F, Wittbrodt J, Arendt D. Ancestry of Photic and Mechanic Sensation?; Science. 2005 May 20;308(5725):1113-1114.
Elizabeth Pennisi; Worm's Light-Sensing Proteins Suggest Eye's Single Origin; Science 29 October 2004: Vol. 306 no. 5697 pp. 796-797; DOI: 10.1126/science.306.5697.796a

David C. Plachetzki, Caitlin R. Fong and Todd H. Oakley; The evolution of phototransduction from an ancestral cyclic nucleotide gated pathway; Proc. R. Soc. B 7 July 2010 vol. 277 no. 1690 1963-1969

Nilsson D.E., Arendt D.; Eye evolution: the blurry beginning; Curr Biol. 2008 Dec 9;18(23):R1096-8.

Pavel Vopalensky and Zbynek Kozmik; Eye evolution: common use and independent recruitment of genetic components; Phil Trans R Soc B 12 October 2009: 2819-2832.



Os passos de um sistema básico de visão

A morfologia e mecanismos moleculares das células fotorreceptoras animal e olhos revelam um padrão complexo de duplicações e cooptação de módulos genéticos, levando a um grande número de diferentes sistemas sensíveis à luz que têm muitos componentes, e nos quais as homologias claras são raras. Com base nos achados morfológicos e moleculares, discutem-se os requisitos funcionais da visão e como estas têm limitado a evolução dos olhos. O fato de que a seleção natural atua na evolução dos olhos e nas consequências do comportamento guiado pela visão leva a um conceito de evolução pontuada, onde os sistemas sensoriais evoluem por uma aquisição sequencial de tarefas sensoriais.

Há a identificação de quatro inovações fundamentais que, uma após a outra, abriram o caminho para a evolução de olhos eficientes. Estas inovações são: (i) fotopigmentos eficientes, (ii) a direcionalidade através de pigmentos de triagem, (iii) o dobramento da membrana do fotorreceptor, e (iv) a óptica de focalização. Seqüência evolutivas são sugeridas, a partir de monitoramento não-direcional da luminosidade ambiente e levando à comparações de luminosidades dentro de um cenário, em primeiro lugar por um modo de processamento (um processo similar a uma digitalização) e mais tarde através de canais paralelos de processamento espacial na visão. Ref.: Dan-Eric Nilsson; The evolution of eyes and visually guided behaviour; Phil Trans R Soc B 12 October 2009: 2833-2847.


Euprymna scolopes

Há evidências que os órgãos bioluminescentes da lula Euprymna scolopes possuem a capacidade molecular, bioquímica e fisiológica de detecção de luz. Análises de transcriptoma revelaram a expressão de genes que codificam as principais proteínas de transdução visual em tecidos de órgãos bioluminescentes, incluindo a isoforma da opsina, a mesma que ocorre na retina. Eletrorretinograma demonstrou que o órgão responde fisiologicamente à luz, e experimentos de imunocitoquímica localizada de múltiplas cascatas de proteínas de transdução visual para tecidos que produzem luz por simbiontes bacterianos. Estes dados fornecem evidências de que os tecidos de órgãos bioluminescentes, contendo os simbiontes que servem como fotorreceptores extraoculares, com potencial para detectar diretamente a bioluminescência produzida por seus parceiros bacterianos. Ref.: Deyan Tong et al; From the Cover: Evidence for light perception in a bioluminescent organ; Proc. Natl. Acad. Sci. USA 16 June 2009: 9836-9841.

Euprymna scolopes - domescobar.blogspot.com



Fotorreceptores microvilares e ciliares

A visão espacial em diferentes organismos é mediada por duas classes de fotorreceptores: microvilares e ciliares. Recentemente, outras células fotossensíveis implicadas em funções não visuais, dependentes de luz, foram identificadas na retina de mamíferos. Um fotopigmento não descrito, melanopsina, subjacente a estas fotorrespostas, tem sido proposto como tendo mecanismos de transdução que podem ser semelhantes ao regime lipídico de sinalização de receptores microvilares invertebrados, ao invés da cascata de nucleotídeos cíclico dos vertebrados. Melanopsina tem uma origem antiga em deuterostômios, e manifesta-se morfologicamente em 2 classes distintas de células no tubo neural do anfioxo, o mais basal cordado existente: ocelos pigmentados, e células Joseph. No entanto, ao então conhecimento, sua fisiologia e fotossensibilidade alegada nunca tinha sido investigadas. A dissociação dos dois tipos de células demonstraram de forma conclusiva pela recodificação por eletrodos que são fotorreceptores primários; seu potencial receptor é despolarizante, acompanhado por um aumento na condutância da membrana. A ação de picos do espectro na região do azul, ≈ 470 nm, mostrou-se semelhante à absorção de melanopsina in vitro. A condutância luz-dependente retifica-se interiormente, íons Na (sódio) e Ca (cálcio) estão diferencialmente implicados nos dois tipos de células. Fluorescência de imagem do Ca revela que a fotoestimulação rapidamente mobiliza cálcio das reservas internas. A molécula 1,2-bis (2-aminophenoxy) etano-N,N,N»N'-tetraacetato intracelular que compromete severamente a foto-resposta, indicando que a luz evocando elevação de Ca é um evento importante na fotoexcitação. Estas observações suportam a noção de que a linhagem dos fotorreceptores por microvilosidades e seus associados de sinalização luminosa da via também evoluíram nos cordados. Assim, as células Joseph e os ocelos pigmentados do anfioxo podem representar um elo entre os ancestrais rabdoméricos como sensores de luz presentes nos prebilaterais e os fotorreceptores circadianos dos vertebrados superiores. Ref.: María del Pilar Gomez, Juan M. Angueyra and Enrico Nasi; Light-transduction in melanopsin-expressing photoreceptors of AmphioxusProc. Natl. Acad. Sci. USA 2 June 2009: 9081-9086. 
Cascata de fototransdução

A cascata de fototransdução divergiu em diferentes espécies, como os mediados por transducina nos bastonetes e cones de vertebrados, pelo tipo Gq de proteína G em insetos e moluscos no tipo rabdomérico de células fotossensíveis visuais e células ganglionares da retina de vertebrados, e pelo tipo Go de proteína G no tipo vieira ciliar em células visuais. Investigações da cascata de fototransdução de uma água-viva pré-bilateral, o animal mais basal com olhos com lentes e células visuais do tipo ciliar semelhantes aos olhos dos vertebrados, permitem examinar a similaridade ao nível molecular e bter uma implicação da origem da cascata de fototransdução dos vertebrados. Nestas pequisas são apresentadas que as funções do pigmento opsina baseada como um pigmento sensível ao espectro do verde aciona o Tipo Gs da cascata de fototransdução de proteínas G mediada nas células ciliadas do tipo visual dos olhos da água-viva. Também demonstra-se o aumento do cAMP dependente de luz nas células visuais de medusas e células HEK293S expressando a opsina de medusas. A cascata foi identificada pela primeira vez distintas das cascatas de fototransdução conhecidas de pré-bilaterianos, mas apresentaram uma semelhança parcialmente significativa com as células visuais do tipo ciliar de vertebrados e moluscos, porque todos os nucleotídeos cíclicos envolvidos são sinalizados. Estas semelhanças implicam uma origem monofilética das cascatas de fototransdução ciliar distribuídos a partir dos pré-bilaterianos para os vertebrados.
Mitsumasa Koyanagi, et alJellyfish vision starts with cAMP signaling mediated by opsin-Gs cascade;Proc. Natl. Acad. Sci. USA 7 October 2008.


As "cubomedusas"

As chamadas Box Jellyfish ('cubomedusas' ou 'medusas caixa') possuem um sistema visual único, composto por 24 olhos de quatro tipos morfológicos. Além disso, as águas-vivas do tipo 'caixa' exibem vários comportamentos orientados visualmente, incluindo desvio de obstáculos e de atração pela luz. Existe um desconhecimento completo de que tipo de informações visual as medusas 'caixa' utilizam para a realização desses comportamentos. Contraste e luminosidade são quase certamente envolvidos, mas também é possível que as águas-vivas 'caixa' extraiam informações do colorido de seu entorno. A possível presença de visão de cores nestas águas-vivas tem sido investigadas utilizando métodos eletrofisiológicos e imuno-histoquímicos comportamentais. No entanto, os resultados destes estudos são, até certo ponto conflitantes e inconclusivos. Apresentou-se resultados de investigações sobre o sistema visual da água-viva 'caixa' da espécie Chiropsella bronzie, usando microespectrofotometria e imunohistoquímica. Estes resultados indicam fortemente que apenas um tipo de pigmento visual está presente na parte inferior das lentes dos olhos e superiores, com um pico de absorção de cerca de 510 nm. Além disso, o pigmento visual parece sofrer branqueamento, semelhante ao dos pigmentos visuais dos vertebrados. Ref.: Megan O'Connor; Visual pigment in the lens eyes of the box jellyfish Chiropsella bronzie; Proc. R. Soc. B 22 June 2010 vol. 277 no. 1689 1843-1848

Uma "cubomedusa" - Box jellyfish, the most poisonous animal in the World


Tripedalia cystophora

Os olhos dos animais são morfologicamente diferentes, evidentemente. Sua montagem, no entanto, sempre depende do mesmo princípio básico, ou seja, fotorreceptores localizados nas proximidades de um revestimento de um pigmento escuro. Cnidaria, sendo o "grupo irmão" provável para os Bilateria são as primeiras ramificações de filo com um sistema visual bem desenvolvido. Mostra-se que o tipo de olhos em câmera da medusa cubozoana, Tripedalia cystophora , usa blocos de construção genética típica dos olhos de vertebrados, nomeadamente, uma cascata de fototransdução ciliar e via melanogênica. A descoberta destes achados indicativos de paralelismo fornece uma introspecção na evolução do olho. Combinados, os dados disponíveis favorecem a possibilidade de que os olhos de cubozoan e vertebrados surgiram pela contratação independente de genes ortólogos durante a evolução. Ref.: Zbynek Kozmik, et al; Assembly of the cnidarian camera-type eye from vertebrate-like components; Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1 July 2008: 8989-8993.

Tripedalia cystophora www.montereybayaquarium.org


A dupla função da melanopsina

Em mamíferos, respostas não visuais à luz tem sido mostradas como envolvendo células ganglionares retinais intrinsecamente fotosensíveis (intrinsically photosensitive retinal ganglion cells, ipRGC) que expressam melanopsina e que são moduladas por entrada de impulsos tanto de bastonetes como cones. Recentes evidências in vitro sugerem que a melanopsina possui dupla função, fotosensória e fotoisomerase, que se pensava ser uma característica única de fotopigmentos rabdoméricos de invertebrados. Em células cultivadas que normalmente não respondem à luz, a expressão heteróloga de melanopsina de mamíferos confere sensibilidade à luz que pode ser restaurada pela estimulação prévia com comprimentos de onda adequados. Usando três diferentes testes fisiológicos e comportamentais, mostra-se que esta se traduz em propriedade in vitro para respostas não visuais dependente de melanopsina in vivo

New visual pathway from retina to the SCN.www.nature.com


Encontrou-se que a pré-estimulação com luz de comprimento de onda não só restaura, mas melhora a única unidade de respostas neurônios SCN (suprachiasmatic nucleus, ou NSQ, núcleo supraquiasmático) a luz de 480 nm, enquanto que o estímulo apenas por comprimento de onda longo falhou em obter qualquer resposta. Registros em camundongos Opn4-/- confirmam que a melanopsina provê a principal entrada de impulsos fotosensórios ao SCN. Além disso, demonstrou-se que melanopsina é necessária para a intensificação da resposta, pois esta capacidade é abolida no knockout dos camundongos. A eficiência do efeito de aumento de luz depende do comprimento de onda, irradiância e duração. Exposição anterior a luz de comprimento de onda longo também intensifica mudanças de fase da atividade locomotora e constrição pupilar induzidas por comprimento de onda curto, de acordo com a expressão de uma função fotoisomerase, como nas respostas não visuais à luz. Ref.: Ludovic S. Mure, Camille Rieux, Samer Hattar, Howard M. Cooper; Melanopsin-Dependent Nonvisual Responses: Evidence for Photopigment Bistability In Vivo; J Biol Rhythms 1 October 2007: 411-424.



Recomendações

Uma blogagem atraente, digestiva, simples e bem ilustrada: Ventos do Universo - História da luz: OLHO (1)




Estamos de pé sobre os ombros de bilhões de vidas genéticas que nos dão esse corpo geneticamente perfeito, esse cérebro geneticamente perfeito que levou milhares de anos para evoluir, de modo a podermos manter essa conversação abstrata. Se estamos aqui para sermos corporificados na maior máquina evolucionária que já existiu - nosso corpo e nosso cérebro humano - então adquirimos o direito de perguntar "e se..." - Frank Herbert, em Duna



Divulgar o conhecimento é uma atividade que tem de ser encarada de maneira similar ao evangelizar religioso, propagando a ciência como a palavra mais elaborada e próxima da verdade dos homens, e como uma cruzada incansável contra a ignorância. Ambas práticas, garantirão nossa sobrevivência como espécie pelo mais longo período de tempo. - Até prova em contrário, eu mesmo.






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