Como surgiram os cérebros?

Este texto é uma tradução do texto original de Israel Ramirez. Notas minhas entre colchetes.

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Existem três questões envolvidas:

1. Como os neurônios se desenvolveram pela primeira vez?
2. Quando eles se conectaram um ao outro para formar um sistema nervoso?
3. Quando uma única região desse sistema nervoso começou a coordenar ações e se tornou um cérebro?

Ninguém sabe ao certo, mas temos pistas interessantes que sugerem que o sistema nervoso e o cérebro surgiram mais de uma vez independentemente.

Quando os neurônios se desenvolveram?

Os neurônios funcionam por meio de um processo químico que permite que os íons de sódio e potássio entrem ou saiam de uma pequena seção do axônio. Isso cria uma mudança na carga elétrica naquele local [um potencial de ação], que se move de uma extremidade do axônio para a outra.

Acontece que muitas células, mesmo as de algumas plantas, podem se comportar assim, embora os íons envolvidos sejam diferentes daqueles usados ​​pelos animais. Isso significa que a evolução dos neurônios provavelmente envolveu mudanças em funções que já existiam, em vez da criação de funções inteiramente novas. Isso é exatamente o que você esperaria se Darwin estivesse certo.

Um cenário possível começa com células que detectam algo, talvez toque ou luz, e então se contraem. Com o tempo, algumas células individuais se especializaram em detectar coisas e outras em se contrair. Estas se tornaram as primeiras células sensoriais e musculares. Eventualmente, a distância entre as células sensoriais e musculares aumentou e os axônios preencheram o espaço. Mais tarde, alguns desses axônios se tornaram células separadas. Esses seriam os primeiros neurônios. 

Esta imagem ilustra essas etapas:

É difícil dizer quando isso aconteceu, mas certamente foi antes da Explosão Cambriana.

Quando eles se conectaram um ao outro para formar um sistema nervoso?

Não há fósseis úteis dos primeiros sistemas nervosos, mas você pode resolver esse problema pelo método comparativo; compare diferentes filos animais e veja quais têm sistema nervoso. 

Este gráfico ilustra as duas principais teorias da origem do sistema nervoso:

1. O sistema nervoso pode ter se originado duas vezes.
2. O sistema nervoso se originou uma vez, mas alguns animais o perderam.

Os nomes na parte direita deste gráfico podem não ser familiares para alguns leitores.

• Os coanoflagelados são parentes próximos dos animais. Eles são células únicas, mas às vezes vivem em colônias. Eles não têm nervos.
• Os ctenóforos às vezes são chamados de carambolas-do-mar ou águas-vivas-de-pente. Eles têm um sistema nervoso simples.
• Esponjas (porifera) são os mesmos animais com os quais você costuma limpar as coisas. Eles não têm nervos.
• Placozoa são muito primitivos. Pense em uma ameba multicelular. Eles não têm nervos.
• Cnidárias são águas-vivas e hidras. Eles têm um sistema nervoso simples.

Os biólogos não têm certeza se os primeiros animais eram mais como esponjas ou mais como carambolas-do-mar. Se o ancestral comum de todos os animais tinha sistema nervoso, então as esponjas e os placozoários devem tê-lo perdido.

[Ou seja, eram duas teorias: 1. o sistema nervoso já existia em um animal primitivo que deu origem a todos os filos, mas as esponjas e os placozoa perderam esse sistema; ou 2. o sistema nervoso surgiu independentemente nos ctenóforos e no ancestral comum dos outros filos que têm sistema nervoso.]

Nos últimos anos, ficou claro que os sistemas nervosos dos ctenóforos são bioquimicamente diferentes dos de outros animais. A ilustração a seguir mostra algumas das diferenças. Animais à direita usam acetilcolina, serotonina, histamina, dopamina, octopamina e ácido gama-aminobutírico (GABA). Os ctenóforos não. Em vez disso, eles usam vários peptídeos não usados ​​por outros animais.

Quando uma única região desse sistema nervoso começou a coordenar ações e se tornou um cérebro?

Novamente, o método comparativo nos dá pistas úteis. Os animais mais simples têm redes nervosas, mas nenhum sistema nervoso central (cérebro).

Os cérebros parecem ter evoluído nos Cordata ( nós, os vertebrados) e vários outros grupos, incluindo Lophotrochozoa (o polvo na imagem), Ecdysozoa (a mosca na imagem) e outros.

Os moluscos, em particular, parecem ter desenvolvido cérebros várias vezes. Você provavelmente já ouviu falar sobre como um polvo é inteligente, mas seu parente, os pectinídeos, não.

Uma origem independente significa que os cérebros de diferentes tipos de animais podem ser completamente diferentes uns dos outros. Aqui está um cérebro de inseto típico:

Os cérebros dos insetos não têm nenhuma das estruturas que os cérebros dos vertebrados têm.

Isso é difícil de explicar, a menos que você aceite que os cérebros de insetos e vertebrados tenham surgido independentemente um do outro.

Conclusão

Este gráfico, muito complicado, resume o argumento de que os neurônios surgiram duas vezes e os cérebros podem ter surgido nove vezes, mais de 550 milhões de anos atrás. Isso foi pouco antes da Explosão Cambriana.

Se esse conjunto de ideias estiver correto, nosso sistema nervoso surgiu em um animal semelhante a uma água-viva e nosso cérebro surgiu nos primeiros cordados.