Novos genomas esclarecem a evolução das lulas e dos chocos

Lulas e chocos sempre foram um enigma. Mudam de cor num instante, disparam pela água em explosões de velocidade e resolvem problemas com uma astúcia que parece quase improvável em animais sem coluna vertebral.

Durante anos, os cientistas tentaram reconstruir como estes cefalópodes surgiram e se diversificaram, mas a narrativa permaneceu teimosamente incompleta.

A dificuldade não era falta de interesse - era falta de provas sólidas. Os fósseis são escassos e, muitas vezes, ambíguos. Os dados genéticos, por seu lado, eram fragmentados.

Assim, durante muito tempo, os investigadores limitaram-se a fazer inferências informadas sobre o grau de parentesco entre espécies e sobre o momento em que as várias linhagens se separaram. Agora, essa imagem começa finalmente a ganhar nitidez.

O desafio de estudar a evolução das lulas

Um novo estudo reuniu grandes volumes de informação genética - incluindo três genomas de lulas recentemente sequenciados - para construir uma cronologia evolutiva mais clara.

O trabalho foi conduzido no Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa, onde a equipa conseguiu, por fim, encaixar muitas das peças que faltavam.

“Squid and cuttlefish are remarkable creatures, yet their evolution has been notoriously difficult to study,” disse o Dr. Gustavo Sanchez, primeiro autor do artigo científico.

“The question of their ancestry has been under investigation for decades, and many research groups have proposed different evolutionary hypotheses based on different morphological characteristics and molecular datasets.”

“With our new genomic information, we have been able to resolve some of the mysteries surrounding their origins.”

Uma família com muitas formas

Lulas e chocos integram o grupo dos decapodiformes, isto é, cefalópodes com dez membros. Encontram-se praticamente por todo o oceano, desde recifes pouco profundos até águas profundas e escuras.

Apesar disso, estão longe de ter todos o mesmo aspecto. Um traço frequente - embora não universal - é a presença de uma concha interna, que também varia muito.

Em alguns casos, trata-se de um choco (cuttlebone) liso e arredondado. Noutros, existe uma estrutura fina, semelhante a uma lâmina, conhecida como gládio. Há ainda espécies com uma concha em espiral, e outras que perderam a concha por completo.

As primeiras tentativas de desenhar a árvore genealógica deste grupo esbarraram na fraqueza dos dados disponíveis.

“Earlier reconstructions of decapodiform evolution were built from datasets with limited resolution and were prone to biased signals, obscuring the true relationships between different species,” observou o Dr. Sanchez.

“Whole genome data now provide a cleaner, more consistent picture of how these animals evolved.”

Lulas têm genomas gigantes

Chegar a essa visão mais “limpa” esteve longe de ser simples. Os genomas de lulas e chocos são enormes - em alguns casos, atingem o dobro do tamanho do genoma humano - o que torna o seu sequenciamento um processo lento e exigente.

Acresce a dificuldade logística de obter amostras. Muitas espécies vivem longe da costa ou em grandes profundidades. Para sequenciar, é indispensável DNA fresco, algo que nem sempre é fácil de recolher.

“Some lineages are only abundant and highly diverse in tropical reef systems like the Ryukyu Archipelago, while others are enigmatic and known only in the deep sea,” disse o Dr. Sanchez.

“We were fortunate to find some key species on our doorstep in Okinawa, and collaborate with colleagues with access to more challenging samples.”

O esforço resultou na primeira árvore evolutiva baseada em genomas que abrange quase todos os grandes grupos de decapodiformes. Foram necessários cinco anos e uma colaboração global para a concretizar.

Uma lula invulgar ajuda a fechar a lacuna

Entre as espécies mais intrigantes analisadas está a lula “chifre-de-carneiro”, Spirula spirula. É raramente observada e possui uma concha interna em espiral muito apertada, o que durante anos confundiu os cientistas.

“In the past, the structure of the ram’s horn squid shell made some scientists wrongly conclude it was closely related to cuttlefishes.” disse o co-autor do estudo, Dr. Fernando Á. Fernández-Álvarez, do Instituto Espanhol de Oceanografia.

“I believed this genome could help close a key gap and bring clarity to the broader evolutionary questions of cephalopods.”

O genoma de Spirula spirula ajudou a corrigir interpretações anteriores e tornou mais robusto o novo modelo evolutivo.

Animais que sobreviveram a uma extinção em massa

O estudo propõe uma cronologia que altera a forma como a comunidade científica pensa sobre estes animais. É provável que lulas e chocos tenham surgido no oceano profundo há cerca de 100 milhões de anos, em pleno Cretácico médio.

Depois, ocorreu um dos episódios mais dramáticos da história da Terra. Há cerca de 66 milhões de anos, a extinção do Cretácico-Paleogénico (K-Pg) eliminou aproximadamente três quartos de todas as espécies, incluindo os dinossauros.

Porque é que as lulas não desapareceram também? Uma hipótese prende-se com o seu habitat. As regiões de grande profundidade poderão ter oferecido “bolsas” de água rica em oxigénio que funcionaram como refúgios.

“The sea surface would have been a very harsh environment for cephalopods. Around that time, very few suitable oxygen-rich habitats would have been found near the shores,” salientou o Dr. Sanchez.

“Intense ocean acidification in shallower waters would also likely have degraded their shells, so the fact that some form of this feature has been retained throughout their evolutionary history is evidence of their deeper oceanic origins.”

Uma explosão de diversidade

Após o evento de extinção, as condições próximas da superfície tornaram-se mais favoráveis. Os recifes de coral começaram a recuperar, criando novos habitats. Lulas e chocos expandiram-se para essas zonas e iniciaram uma diversificação rápida.

“Following the initial lineage splits in the Cretaceous, we don’t see much branching for many tens of millions of years. However, in the K-Pg recovery period, we suddenly see rapid diversification, as species adapt and evolve to new and changing ecosystems,” disse o Dr. Sanchez.

“This is an example of a ‘long fuse’ model; a period of limited change followed by an explosion of diversity.”

O que isto significa para a investigação futura

Este novo mapa evolutivo não serve apenas para responder a questões antigas. Também fornece uma base para estudar como lulas e chocos desenvolveram características tão invulgares.

Estes animais distinguem-se por sistemas nervosos avançados, comportamento complexo e capacidades como a camuflagem dinâmica. Compreender a sua história genética pode ajudar a explicar de que forma essas aptidões evoluíram.

“Squids and cuttlefish have so many unique features compared to other animal groups, making them an endless source of inspiration for scientists,” afirmou o co-autor do estudo, Daniel Rokhsar.

“With these genomes and with a clear picture of their evolutionary relationships, we can make meaningful comparisons to uncover the molecular changes associated with major cephalopod innovations, from the emergence of novel organs and dynamic camouflage to the neural complexity that supports their remarkable behavior.”

O estudo completo foi publicado na revista Nature: Ecologia e Evolução.