Endocastos em peixes de barbatanas raiadas não são réplicas fiáveis do cérebro

Durante muito tempo, o interior do crânio de um peixe pareceu contar uma história simples. Partia-se do princípio de que o espaço oco que fica depois de os tecidos moles se degradarem podia servir como substituto fiável do cérebro.

Essa ideia influenciou décadas de estudos sobre a evolução dos cérebros dos vertebrados. Um novo trabalho vem agora pôr essa premissa em causa e mostrar um cenário muito mais intrincado.

Espreitar o interior de crânios de peixes

Ao longo de anos, os investigadores recorreram a endocastos - preenchimentos naturais das cavidades cranianas - para inferir como seriam cérebros antigos.

Como estes moldes podem conservar a forma do espaço onde o cérebro esteve alojado, passaram a ser tratados como réplicas muito próximas das estruturas reais do cérebro.

Em vários vertebrados, a abordagem resulta razoavelmente bem. Em mamíferos e aves, o cérebro encaixa de forma apertada no crânio.

Nesses casos, a cavidade tende a reproduzir o contorno do cérebro com uma precisão aceitável. Nos peixes, porém, o padrão não é o mesmo.

Uma grande lacuna de conhecimento

Os peixes de barbatanas raiadas representam cerca de metade de todas as espécies de vertebrados. Ainda assim, sabia-se muito pouco sobre a correspondência entre as suas cavidades cranianas e os seus cérebros. Apenas algumas espécies tinham sido analisadas com detalhe.

Essa falta de informação levantava uma questão decisiva: se, nos peixes actuais, a relação entre cérebro e cavidade variar de forma significativa, então as interpretações feitas a partir de fósseis podem estar erradas.

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

Digitalização detalhada de peixes

Para esclarecer o problema, os investigadores analisaram 86 espécies de peixes de barbatanas raiadas. A amostra incluía espécies de habitats muito diferentes e distribuídas por vários ramos evolutivos.

A equipa aplicou uma técnica designada digitalização dice-CT. Os peixes foram embebidos em iodo, o que torna os tecidos moles visíveis nas imagens.

Desta forma, foi possível observar, em três dimensões, tanto o cérebro como a cavidade que o envolve, sem necessidade de cortar o espécime.

O resultado foi uma visão pormenorizada de como os cérebros se posicionam, de facto, dentro dos crânios.

Sem um padrão estrutural comum

Os dados surpreenderam os autores. Em muitos vertebrados, os endocastos seguem um padrão claro e relativamente consistente. É habitual reconhecer, entre espécies, regiões como os lobos ópticos ou o romboencéfalo.

Nos peixes de barbatanas raiadas, esse esquema quebra-se. Em algumas espécies, a cavidade mostra divisões internas evidentes. Noutras, a forma é lisa e simples, sem marcas distinguíveis. Mesmo espécies muito próximas do ponto de vista evolutivo podem apresentar diferenças acentuadas.

“Se fizesse uma TAC a um crânio de mamífero e criasse uma réplica do cérebro ao preencher o espaço vazio no interior, essa réplica ficaria muito parecida com o cérebro real; há um encaixe muito apertado entre o cérebro e o crânio”, explicou Stephanie Pierce, da Universidade de Harvard.

“Mas, nestes peixes, há cérebros pequenos, cérebros grandes, cérebros lisos, cérebros convolutos; é simplesmente espantosa a quantidade de diversidade que estes animais estão a mostrar.”

O cérebro não ocupa toda a cavidade

O estudo quantificou ainda a fracção da cavidade craniana efectivamente ocupada pelo cérebro - o chamado rácio cérebro–cavidade endocraniana.

Em aves e répteis, o cérebro costuma preencher a maior parte do espaço disponível. Nos peixes de barbatanas raiadas, o valor médio é muito inferior. Em certas espécies, o cérebro ocupa menos de 5 percent do volume.

Noutras, ultrapassa metade. Esta variação ampla indica que, com frequência, o cérebro fica rodeado por grandes áreas vazias.

Extremos do mar profundo

O habitat mostrou ter um peso importante neste padrão. Os peixes do mar profundo tendem a apresentar rácios cérebro–cavidade muito baixos: o cérebro é pequeno quando comparado com o tamanho do crânio.

Uma possível explicação está nos custos energéticos. O tecido cerebral exige muita energia e, em ambientes oceânicos profundos, o alimento é escasso. Um cérebro mais pequeno poderá reduzir necessidades energéticas.

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

“O tecido meníngeo em torno do cérebro pequeno actua como um amortecedor protector que cria um espaço para o cérebro, mantendo-o a salvo de impactos ou de variações de uma pressão esmagadora.”

A forma do crânio condiciona a cavidade

A morfologia do crânio também interfere na forma da cavidade. Crânios mais achatados tendem a originar cavidades igualmente achatadas. Crânios alongados geram espaços mais alongados.

Ainda assim, a relação nem sempre é linear. Alguns predadores exibem crânios cuja forma favorece a alimentação em detrimento da acomodação do cérebro. Isso pode produzir cavidades invulgares, que não correspondem às expectativas.

Além disso, outras estruturas - como os músculos da mandíbula e os órgãos do ouvido interno - competem pelo espaço disponível dentro da cabeça.

O crescimento altera o encaixe do cérebro

A investigação avaliou diferentes fases de vida numa espécie chamada Amia. Nos indivíduos jovens, o cérebro preenche uma porção maior da cavidade. À medida que crescem, o crânio expande-se mais depressa do que o cérebro.

Nos adultos, isso traduz-se em mais espaço vazio. O resultado mostra que a idade pode influenciar a relação entre o cérebro e a cavidade.

Este detalhe acrescenta mais uma camada de complexidade ao estudo de fósseis, em que muitas vezes não se conhece a idade do exemplar.

Repensar os cérebros fósseis de peixes de barbatanas raiadas

As conclusões têm implicações relevantes para a paleontologia. É comum descrever endocastos fósseis como se representassem directamente a anatomia do cérebro.

O estudo indica que essa leitura pode ser enganadora, sobretudo nos peixes de barbatanas raiadas. A cavidade nem sempre reflecte a forma ou o tamanho do cérebro.

“Durante décadas, os investigadores assumiram que a forma do endocasto de um fóssil reflectia directamente a morfologia do seu cérebro e, embora essa seja uma suposição bastante boa para a maioria dos vertebrados, não o é para os peixes”, afirmou Pierce.

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

Em vez de funcionarem como cópias do cérebro, os endocastos podem espelhar outros factores. Podem guardar pistas sobre o habitat, a mecânica do crânio e os sistemas sensoriais.

Isto altera o modo como podem ser usados na investigação: poderão ser mais úteis para estudar adaptações ecológicas do que para reconstruir apenas a estrutura cerebral.

Direcções para a investigação futura

Este trabalho abre novas perguntas, em vez de as encerrar. É possível que padrões mais claros surjam quando se analisarem grupos mais restritos de peixes. Com mais dados, poderão aparecer ligações entre forma do cérebro, ambiente e comportamento.

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

“Contudo, este estudo mostra que esse foco oferece apenas uma visão pequena e estreita do que realmente evoluiu ao longo de milhões de anos e levanta mais questões sobre se as formas cerebrais flexíveis e diversas destes peixes causaram o seu sucesso global, ou se o seu sucesso em ambientes variados obrigou os seus cérebros a adaptarem-se de maneiras tão singulares.”

Uma perspectiva em mudança

O estudo transforma a forma como os cientistas olham para o crânio dos peixes. Aquilo que parecia um molde simples do cérebro passa a surgir como uma estrutura complexa, moldada por múltiplos factores.

“Este estudo representa os nossos primeiros passos”, acrescentou Pierce. “Está a dar-nos um retrato rápido das principais tendências e de para onde vamos a seguir.”

A mensagem é inequívoca: o espaço dentro do crânio de um peixe contém mais do que indícios sobre o cérebro. Guarda sinais de evolução, de ambiente e de estratégias de sobrevivência ao longo de milhões de anos.