A maioria dos primatas tem cérebros relativamente grandes cobertos por dobras e sulcos distintos. No entanto, saguis comuns (Callithrix jacchus) são uma exceção incomum. Esses pequenos macacos têm cérebros quase inteiramente lisos, com muito poucas dobras. Cientistas do Centro Alemão de Primatas (DPZ), o Instituto Leibniz para Pesquisa de Primatas em Göttingen, identificaram agora vários processos celulares que ajudam a explicar esta diferença.
Usando estruturas cerebrais em miniatura conhecidas como organoides, os pesquisadores descobriram que certas células progenitoras neurais, que produzem neurônios, se desenvolvem de maneira diferente nos saguis e nos humanos. Estas diferenças envolvem a estrutura das células, a velocidade com que se dividem e o momento do seu desenvolvimento. Juntas, essas mudanças reduzem o número de neurônios produzidos, contribuindo para o tamanho menor e a superfície mais lisa do cérebro do sagui. Publicado em Avanços da Ciênciaas descobertas fornecem novos insights sobre a evolução do cérebro dos primatas e podem eventualmente melhorar a nossa compreensão dos distúrbios do desenvolvimento do cérebro humano.
Por que alguns cérebros de primatas são lisos em vez de dobrados
O tamanho do cérebro e a extensão do dobramento superficial são características importantes que distinguem diferentes espécies de primatas. O cérebro humano, por exemplo, tem uma superfície altamente dobrada que lembra as saliências e sulcos de uma noz. Esse arranjo expande enormemente a área de superfície do cérebro, criando espaço para bilhões de neurônios que sustentam o pensamento complexo e outras habilidades mentais avançadas.
Os cientistas acreditam que o ancestral comum dos primatas modernos já possuía um cérebro de tamanho moderado com pelo menos algumas dobras. No entanto, nem todos os primatas que vivem hoje mantêm estas características.
Saguis comuns (Callithrix jacchus), pequenos macacos nativos da América do Sul que estão se tornando cada vez mais importantes na pesquisa biomédica, têm cérebros quase sem dobras visíveis. Pesquisadores do Centro Alemão de Primatas decidiram determinar por que seus cérebros se desenvolvem de maneira tão diferente dos humanos e de outros primatas.
“Queríamos entender quais mudanças no nível celular fazem com que o cérebro do sagui cresça menos e forme menos dobras”, explica Lidiia Tynianskaia, uma das duas primeiras autoras do estudo e estudante de doutorado no Grupo de Pesquisa Júnior Desenvolvimento e Evolução do Cérebro no DPZ. “No início do desenvolvimento, o cérebro do sagui comum exibe a estrutura e composição típicas de um cérebro grande e dobrado de primata. À medida que o desenvolvimento avança, devem ocorrer processos que efetivamente retardem a produção de células nervosas.”
Cientistas descobrem o que retarda o crescimento do cérebro
Para investigar essas diferenças de desenvolvimento, a equipe comparou organoides cerebrais cultivados a partir de células humanas e de saguis comuns. Sua atenção centrou-se nas células progenitoras neurais, as células responsáveis pela geração de neurônios durante o desenvolvimento do cérebro.
Essas células progenitoras desempenham um papel importante na determinação do tamanho e formato do cérebro. Quanto mais neurônios eles produzem, maior é o potencial do córtex cerebral para se expandir e desenvolver dobras.
Os pesquisadores descobriram que o córtex cerebral menor e mais liso do sagui não é o resultado de uma única mudança de desenvolvimento. Em vez disso, várias diferenças envolvendo tipos distintos de células progenitoras trabalham juntas para limitar a produção de neurônios e o dobramento cerebral.
“Nossas investigações mostraram que certas células progenitoras no sagui comum se dividem significativamente mais lentamente do que nos humanos”, explica César Mateo Bastidas Betancourt, também primeiro autor do estudo e aluno de doutorado no Grupo de Pesquisa Júnior. “Outras células progenitoras têm uma estrutura mais simples do que as suas homólogas humanas, com menos processos, e são, portanto, menos proliferativas. Ambos os factores resultam em menos células nervosas, o que contribui para um tamanho menor e menos dobramento do córtex cerebral nos saguis.”
Os cientistas também identificaram diferenças importantes no momento em que certas características e comportamentos das células progenitoras emergem durante o desenvolvimento. Comparados aos humanos, os saguis têm um período geral mais curto durante o qual essas células podem se multiplicar rapidamente.
Juntos, a taxa mais lenta de divisão celular, as estruturas celulares mais simples e a janela mais curta para um crescimento rápido ajudam a explicar por que o cérebro do sagui produz menos neurônios e desenvolve muito menos dobras.
Cérebros em miniatura revelam pistas importantes de desenvolvimento
Grande parte da pesquisa baseou-se em organoides cerebrais, pequenas estruturas tridimensionais cultivadas a partir de células que reproduzem características importantes do desenvolvimento inicial do cérebro. Esses modelos em miniatura permitiram aos cientistas investigar mudanças no desenvolvimento em múltiplas amostras e comparar o tempo de processos-chave.
“O estudo combina as vantagens dos métodos in vivo e in vitro”, diz Michael Heide, chefe do Grupo de Pesquisa Júnior Desenvolvimento e Evolução do Cérebro. “Os organoides são adequados para obter resultados estatisticamente robustos porque tais tamanhos de amostra não são viáveis em primatas. Posteriormente, repetimos alguns experimentos importantes em tecido cerebral fetal para confirmar os resultados dos organoides.”
Uma descoberta particularmente importante envolveu a relação entre o desenvolvimento em organoides e o desenvolvimento em cérebros reais de saguis. Os pesquisadores determinaram que um organoide cerebral de sagui cultivado por 50 dias corresponde aproximadamente ao estágio de desenvolvimento de um cérebro natural de sagui no dia 90.
Estabelecer esta relação foi essencial porque os organoides cerebrais e os cérebros reais não se desenvolvem necessariamente no mesmo ritmo. Ao identificar os estágios de desenvolvimento correspondentes, os cientistas poderiam fazer comparações significativas e interpretar as suas descobertas experimentais de forma mais confiável.
O que os cérebros lisos dos macacos revelam sobre a evolução do cérebro humano
As descobertas ajudam a explicar como diferenças relativamente pequenas no comportamento e no tempo de desenvolvimento das células construtoras do cérebro podem contribuir para grandes diferenças no tamanho e dobramento do cérebro entre primatas.
Eles também oferecem uma explicação potencial sobre como a grande variedade de formatos e tamanhos de cérebros de primatas surgiu ao longo do tempo evolutivo, incluindo por que algumas espécies desenvolveram cérebros relativamente lisos, enquanto outras possuem cérebros muito maiores e fortemente dobrados.
Para além do seu significado evolutivo, estas descobertas fornecem uma base para a investigação de como o cérebro humano se desenvolve e o que acontece quando esses processos são interrompidos. Uma melhor compreensão dos mecanismos celulares que controlam a produção de neurônios e o crescimento do cérebro poderia, em última análise, ajudar os pesquisadores a estudar os distúrbios do desenvolvimento que afetam o cérebro humano.
Fonte: ScienceDaily
