Um estudo publicado na Nature Ecology & Evolution por pesquisadores do Okinawa Institute of Science and Technology (OIST) combina vastos conjuntos de dados genômicos com três genomas de lula recentemente sequenciados. Esse trabalho revela um padrão de “fósforo longo” que explica como as lulas e os chocos, juntos conhecidos como cefalópodes decápodes (com dez membros), evoluíram para o diversificado grupo que conhecemos hoje.

Dr. Gustavo Sanchez, autor principal do estudo e Cientista da Equipe da Unidade de Genética Molecular do OIST, afirma: “As lulas e os chocos são criaturas notáveis, mas sua evolução tem sido notoriamente difícil de estudar. A questão de sua ancestry está sendo investigada há décadas, e vários grupos de pesquisa propuseram diferentes hipóteses evolutivas baseadas em características morfológicas e conjuntos de dados moleculares variados. Com nossas novas informações genômicas, conseguimos resolver algumas das questões em torno de suas origens.”

Uma Visão Mais Clara da Evolução das Lulas e dos Chocos

As lulas e os chocos habitam ambientes que vão desde as profundezas do oceano até as regiões costeiras rasas. Apesar de sua diversidade, a maioria compartilha uma característica: uma concha interna. Essa estrutura varia muito, desde o corpo redondo do choco até o gládio fino e em forma de lâmina presente em muitas lulas, além da concha espiral do choco do chifre de carneiro. Algumas espécies de águas rasas até perderam a concha completamente.

Compreender como essas diferentes formas estão relacionadas tem sido desafiador. Sanchez explica: “Reconstruções anteriores da evolução dos decápodes foram feitas a partir de conjuntos de dados com resolução limitada e eram suscetíveis a sinais tendenciosos, escondendo as verdadeiras relações entre diferentes espécies. Dados de genoma completo agora oferecem uma imagem mais clara e consistente de como esses animais evoluíram.”

Sequenciar os genomas de lulas não é uma tarefa simples. Seus genomas frequentemente são até duas vezes maiores que o genoma humano, o que exige tecnologia avançada e um poder computacional significativo para análise. Coletar amostras adequadas também é complicado, pois DNA fresco é necessário e muitas espécies habitam áreas remotas ou de difícil acesso. “Algumas linhagens são abundantes e altamente diversas em sistemas de recifes tropicais como o Arquipélago de Ryukyu, enquanto outras são enigmáticas e conhecidas apenas em águas profundas. Fomos sortudos em encontrar algumas espécies-chave à nossa porta em Okinawa, e colaboramos com colegas que tiveram acesso a amostras mais desafiadoras”, diz Sanchez.

Construindo a Primeira Árvore Evolutiva Abrangente

A equipe de pesquisa construiu a primeira árvore evolutiva para os decápodes com base nas sequências genômicas de quase todas as principais linhagens. Essa conquista foi possível graças a uma colaboração global ao longo de cinco anos, incluindo o Aquatic Symbiosis Genomics Project financiado pelo Wellcome Sanger Institute. O projeto objetiva sequenciar genomas de uma ampla variedade de espécies marinhas e de água doce, incluindo cefalópodes. Sanchez liderou a parte japonesa desse esforço.

“Dentro do projeto de simbiose, temos sequenciado genomas há vários anos, mas várias lacunas importantes permaneciam. Neste estudo, conseguimos preencher esses espaços em branco,” confirma Sanchez.

Uma espécie particularmente importante foi a rara lula do chifre de carneiro, Spirula spirula. Sua concha interna incomum há muito confunde os cientistas. Co-autor Dr. Fernando Á. Fernández-Álvarez do Instituto Espanhol de Oceanografia reconheceu sua importância desde o início. “No passado, a estrutura da concha da lula do chifre de carneiro levou alguns cientistas a concluir incorretamente que estava intimamente relacionada aos chocos”, diz Fernández-Álvarez. “Eu acreditava que esse genoma poderia ajudar a fechar uma lacuna chave e trazer clareza às questões evolutivas mais amplas dos cefalópodes.”

Uma Origem em Águas Profundas e uma Evolução “Longa”

Ao combinar dados genômicos com evidências fósseis, os pesquisadores reconstruíram tanto a linha do tempo quanto o contexto ambiental da evolução das lulas e dos chocos.

“Nossa análise mostra que essas criaturas se originaram no profundo oceano, um habitat que ainda abriga espécies como a lula do chifre de carneiro,” diz Sanchez.

O estudo indica que os principais grupos de decápodes se separaram pela primeira vez há cerca de 100 milhões de anos durante o período Cretáceo médio. Mais tarde, cerca de 66 milhões de anos atrás, a extinção em massa do Cretáceo-Paleogeno (K-Pg) eliminou cerca de três quartos das espécies da Terra, incluindo os dinossauros. Apesar desse evento catastrófico, os ancestrais das lulas sobreviveram.

Cientistas acreditam que esses primeiros cefalópodes encontraram refúgio em pequenos bolsões de oxigênio nas profundezas do oceano. Sanchez explica: “A superfície do mar teria sido um ambiente muito hostil para os cefalópodes. Naquela época, muito poucos habitats ricos em oxigênio estariam disponíveis perto das costas. A intensa acidificação oceânica em águas mais rasas também teria provavelmente degradado suas conchas, então o fato de que alguma forma desse recurso tenha sido mantido ao longo de sua história evolutiva é uma evidência de suas origens no oceano profundo.”

Com a recuperação do planeta, os recifes de coral gradualmente retornaram, criando novos ecossistemas em águas rasas. Muitas linhagens de lulas e chocos então se expandiram para esses ambientes.

“Após as primeiras divisões das linhagens no Cretáceo, não vemos muitas ramificações por dezenas de milhões de anos. No entanto, no período de recuperação do K-Pg, vimos uma rápida diversificação, à medida que as espécies se adaptam e evoluem para ecossistemas novos e em mudança. Este é um exemplo de um modelo de ‘fósforo longo’; um período de mudança limitada seguido por uma explosão de diversidade,” diz Sanchez.

O Que Esses Genomas Revelam Sobre a Inovação nos Cefalópodes

Os pesquisadores acreditam que este trabalho fornece uma base sólida para futuros estudos sobre as características únicas de lulas e chocos.

“Lulas e chocos possuem tantas características exclusivas em comparação com outros grupos de animais, tornando-os uma fonte inesgotável de inspiração para cientistas,” diz o Prof. Daniel Rokhsar, chefe da Unidade de Genética Molecular. “Com esses genomas e uma visão clara de suas relações evolutivas, podemos fazer comparações significativas para descobrir as mudanças moleculares associadas a grandes inovações cefalópodes, desde a emergência de órgãos novos e camuflagem dinâmica até a complexidade neural que suporta seu comportamento notável.”