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É fácil não darmos o devido valor aos nossos olhos. Mas nossa pesquisa recente mostra que eles passaram por uma incrível jornada evolutiva para chegar à sua forma familiar atual. Há muito se sabe que nossos olhos (vertebrados) diferem fundamentalmente dos olhos de nossos parentes distantes (invertebrados), devido à sua composição celular e à forma como se desenvolvem antes do nascimento. No entanto, as respostas para o porquê ou como essas diferenças surgiram permaneceram um mistério por muito tempo.

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Nosso estudo sugere que nossos olhos descendem de um ancestral semelhante a uma minhoca que vagava pelos oceanos há 600 milhões de anos. O mesmo se aplica a todos os animais bilaterais, ou seja, animais cujos corpos podem ser divididos em metades esquerda e direita aproximadamente simétricas.

Como parte do nosso estudo, analisamos 36 grandes grupos de animais vivos (abrangendo quase todos os animais bilaterais) para verificar onde seus olhos e células fotossensíveis estão localizados e qual a sua função.

Um padrão emergiu. Descobrimos que os olhos e as células fotossensíveis são encontrados consistentemente em dois locais distintos: aos pares em ambos os lados da face e na linha média da cabeça, no topo do cérebro. Nos animais que analisamos, as células na posição aos pares são usadas para direcionar os movimentos, enquanto suas contrapartes na linha média distinguem o dia da noite e o que está acima do que está abaixo.

Concluímos que um ancestral vermiforme de todos os animais vertebrados perdeu o par de olhos "orientadores" quando adotou um estilo de vida predominantemente sedentário há 600 milhões de anos, enterrando-se no fundo do mar. Ao se tornar um animal filtrador sem necessidade de locomoção, o par de olhos, que demanda muita energia, tornou-se inútil e dispendioso.

No entanto, essa mudança de estilo de vida não afetou as células fotossensíveis no meio da cabeça, pois o animal ainda precisava perceber a hora do dia e distinguir entre cima e baixo. Embora os olhos pares tivessem desaparecido, as células fotossensíveis na linha média desenvolveram um pequeno olho mediano.

Possivelmente, dentro de alguns milhões de anos, esse animal mudou seu estilo de vida novamente. O retorno à natação reintroduziu a necessidade de controlar a direção e medir o próprio movimento corporal para uma alimentação por filtração eficiente (retirando o alimento da água) e para evitar predadores.

Isso impulsionou a evolução a desenvolver o olho mediano, formando pequenas cavidades oculares em cada lado. Essas cavidades oculares posteriormente se separaram do olho mediano, migraram para as laterais da cabeça e formaram novos olhos pares: nossos olhos.

A perda e recuperação da visão ocorreram entre 600 e 540 milhões de anos atrás. Componentes da linha média do olho permaneceram e se tornaram o órgão pineal no cérebro, responsável pela produção e liberação do hormônio do sono, a melatonina.

Em muitos vertebrados, a glândula pineal recebe luz através de uma região transparente (sem pigmentação) no centro da cabeça. No entanto, na linhagem dos mamíferos, a glândula pineal perdeu sua capacidade de detectar luz – possivelmente porque os primeiros mamíferos eram ativos à noite e se escondiam durante o dia. Assim, os olhos, que eram mais sensíveis, assumiram a função de detecção de luz, o que estimula a liberação de melatonina e o sono.

Olhos de todos os formatos e tamanhos

A maioria dos invertebrados atuais não perdeu as células fotossensíveis pareadas originais de seus ancestrais vermiformes, pois descendem de um ramo da árvore evolutiva que nunca adotou um estilo de vida estático. Esses animais incluem crustáceos, insetos, aranhas, polvos, caracóis e muitos grupos de vermes. Esses animais ainda possuem versões modernas dos conjuntos originais de células fotossensíveis.

Os olhos pares de insetos e crustáceos são olhos compostos, com uma série de lentes minúsculas e densamente agrupadas em cada olho. Em vez de olhos compostos, polvos e caracóis possuem olhos do tipo câmera, com uma única lente.

Na verdade, polvos e caracóis desenvolveram independentemente o mesmo design ocular e desempenho visual que nós, vertebrados. No entanto, nossa retina – a camada sensível à luz na parte posterior dos nossos olhos – possui mais de 100 tipos de neurônios (os ratos têm ainda mais – 140), em comparação com apenas alguns em polvos e caracóis. Isso a torna quase tão complexa quanto o nosso córtex cerebral – a parte externa e maior do nosso cérebro.

Os cientistas acreditavam que, na evolução dos nossos olhos, essa complexidade surgiu relativamente tarde. Semelhanças entre as células fotossensíveis do cérebro e os olhos pares fundamentaram hipóteses anteriores sobre um olho simples, semelhante à glândula pineal, no início da sua evolução. No entanto, em nosso trabalho, argumentamos que grande parte dessa complexidade é anterior à retina.

Sendo assim, é provável que já estivesse presente no olho ancestral dos "cíclopes". Isso tem amplas implicações para a origem e a formação dos circuitos neurais tanto na nossa retina quanto no nosso cérebro.

Para nós, vertebrados, a evolução dos nossos olhos e do cérebro está intimamente ligada. O surgimento de novos pares de olhos é fundamental nesse contexto, pois os olhos possibilitaram o comportamento complexo que exige cognição e cérebros grandes. Sem os olhos, não seríamos apenas humanos sem olhos; não existiríamos, assim como nenhum outro vertebrado.

*Jorge Kafetzis é pesquisador associado em Neurociência na Universidade de Sussex. Dan Nilsson é professor emérito de Zoologia na Universidade de Lund.

*Este artigo foi republicado de The Conversation sob licença Creative Commons. Leia o artigo original.

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