Como os embriões sabem o momento exato de eclodir dos ovos?

Se você é um embrião dentro de um ovo, eclodir é um marco importante na sua vida. É maior do que seu primeiro emprego, maior do que seu primeiro carro, maior do que não ganhar uma medalha de ouro na feira de ciências. Em um momento, você está aproveitando o conforto aconchegante de uma casa cheia de comida e apenas relaxando o tempo todo, contando os dias completamente alheio ao mundo exterior. E no próximo momento, é hora de ir embora e descobrir o quão difícil é permanecer vivo.

Bem, acontece que eclodir é supercomplexo. E nas últimas décadas, os cientistas descobriram quantos animais conseguem não apenas sentir o que está acontecendo no mundo fora de seus ovos, mas também usar essa informação para eclodir no momento exato.

Os embriões não estão necessariamente sozinhos quando se trata de encontrar o momento certo para eclodir. Em algumas espécies, os pais podem realmente dar aos seus descendentes um pequeno empurrão na direção certa. Por exemplo, os caranguejos violinistas dançantes programam seu acasalamento para que suas larvas possam eclodir em marés mais altas e noturnas. Isso pode lhes dar uma vantagem contra quaisquer predadores à espreita na área.

Mas isso pode sugerir que os próprios embriões não têm voz ativa quando eles eclodem. A mãe caranguejo deposita um monte de ovos em um local específico protegido e segue lá sua vida de caranguejo. E é verdade que os ovos geralmente levam um certo tempo para eclodir.

Por volta da década de 1990, os cientistas começaram a encontrar cada vez mais evidências de que os embriões podem realmente sentir o mundo ao seu redor para descobrir se é ou não um bom momento para eclodir.

Esse "bom momento" será diferente dependendo da espécieque estejamos falando. Mas uma delas está definitivamente prestes a ser devorada no momento da eclosão.

Por exemplo, o platelminto Phagocotus gracilis adora comer as larvas de salamandras-ribeirinhas. Esses ovos de salamandra são postos às centenas e, quando todos eclodem aproximadamente ao mesmo tempo, bandos de platelmintos nadam ao redor, mirando em uma única larva em um ataque coordenado e a devoram em minutos.

Mas se uma larva for maior e mais desenvolvida, ela pode se defender melhor desse ataque. Em outras palavras, vale a pena eclodir o mais tarde possível. E em 1993, cientistas relataram que as salamandras podiam atrasar sua própria eclosão se sentissem que havia platelmintos na área. Foi uma das primeiras demonstrações de que os ovos podiam desenvolver seu próprio tipo de resposta antipredadora.

Mas enquanto as salamandras-ribeirinhas podem atrasar a eclosão para evitar serem devoradas, outros animais vão na direção oposta. A perereca-de-olhos-vermelhos põe seus ovos em folhas que pendem sobre lagoas. Em um artigo publicado em 1995 descobriu que, quando esses ovos são atacados por cobras, eles eclodem cedo para dar aos girinos uma chance de escapar.

Mas há muitos outros motivos pelos quais os ovos se desviam de seu cronograma típico de eclosão. Às vezes, as condições no ambiente simplesmente não são ideais. Voltando à perereca-de-olhos-vermelhos, seus ovos também podem eclodir mais cedo quando o ambiente ao redor está inundado. Eles basicamente correm o risco de morrer por falta de oxigênio, como você ou eu correríamos ao nos afogar.

E outros animais, como os bolachas-do-mar, podem pausar tudo até que as águas ao redor deles estejam com a salinidade certa. Mas seja qual for o motivo, como exatamente essas diferentes espécies e seus ovos descobrem o momento certo para eclodir? Bem, depende muito da espécie e do que exatamente elas estão tentando se adaptar.

Para os ovos de salamandra-ribeirinha que queriam "cozinhar" um pouco mais, eles provavelmente estavam sentindo e respondendo a substâncias químicas produzidas por seus predadores platelmintos. Quando os pesquisadores montaram uma tela para manter os ovos separados dos platelmintos, descobriram que os ovos ainda podiam atrasar sua eclosão.

E isso sugere que foram as substâncias químicas dos platelmintos que flutuaram pela tela e alertaram os ovos. Como as pererecas-de-olhos-vermelhos podem eclodir mais cedo por vários motivos, elas têm vários tipos de sensores. Alguns podem disparar o alarme proverbial se um ovo ficar submerso por muito tempo. E para escapar de uma cobra faminta, elas podem perceber as vibrações do predador usando órgãos sensoriais especiais chamados neuromastos.

Esses órgãos são feitos de células ciliadas, semelhantes às que nos ajudam a ouvir. Quando são girinos, os sapos dependem dessas células ciliadas para detectar movimento na água. Incluindo movimentos causados ​​por coisas que querem comê-los nessa fase da vida. Esses neuromastos são tão bons em fazer seu trabalho que conseguem distinguir entre vibrações que vêm de cobras e aquelas que são devidas à chuva! Enquanto isso, as vibrações também desempenham um papel importante na coordenação da eclosão.

Veja o percevejo-marrom-marmorizado, por exemplo. Quando um ovo eclode, as vibrações da eclosão fazem com que os ovos próximos também eclodam. E isso é importante porque um dos predadores do percevejo-fedorento é... o percevejo-fedorento. Sim, os percevejos-fedorentos individuais que eclodem antes canibalizam os ovos não eclodidos. Então, para embriões de percevejos, há um forte incentivo para começar a trabalhar quando você "ouve" os outros ovos eclodindo.

Agora, não está claro como os embriões de percevejos são capazes de sentir e responder a vibrações. Mas os pesquisadores por trás deste trabalho especularam que eles usam vias de detecção de vibração semelhantes às existentes em percevejos adultos. E, em geral, exatamente como os embriões traduzem esses sinais na decisão de eclodir em um momento específico não está claro. Mas em 2024, os cientistas recorreram a um cavalo de batalha de pesquisa para obter uma resposta.

Especificamente, eles estudaram embriões de peixe-zebra. E eles usaram nosso velho amigo CRISPR para identificar uma molécula chamada hormônio liberador de tirotropina ou TRH para seus companheiros. Eles descobriram que quando um peixe-zebra bebê está pronto para emergir, seu cérebro libera um monte de TRH.

O hormônio então viaja pelo sangue até um grupo de células grandes chamado glândula de eclosão. Que, como o nome sugere, basicamente existe apenas para tirar o peixe do ovo. Uma vez que o TRH chega, a glândula libera um coquetel de enzimas que então dissolvem o envelope do ovo. Mas se o peixe não consegue produzir TRH, digamos, porque foi submetido a CRISPR para não fazê-lo, ele nunca eclode.

Além disso, os cientistas foram capazes de observar o TRH em ação em um peixe distantemente relacionado chamado medaka, mostrando que esse processo pode ser comum a quase todas as espécies de peixes vivas hoje. Agora, ainda não sabemos o que faz o ovo formar as conexões neurais que impulsionam a produção de TRH em primeiro lugar.

E também não sabemos o quão universal isso é entre outros peixes, muito menos no reino animal mais amplo. Mas este trabalho nos dá uma ideia de alguns dos atores moleculares envolvidos no processo de eclosão. A vida dentro de um ovo certamente não pode preparar os embriões para todos os desafios que eles enfrentam no mundo exterior.

O processo de eclosão dos pintinhos é mais simples. Eles sabem através de uma combinação de desenvolvimento físico e comportamentos instintivos. Eles usam uma estrutura especializada chamada "dente de ovo" no bico para picar um pequeno orifício na câmara de ar quando a casa esta mais fina, permitindo a entrada de ar e estimulando-os a continuar a eclosão.

A célula de ar dentro do ovo fornece uma reserva de oxigênio e é crucial para a sobrevivência do filhote enquanto ele rompe a casca. Depois de bicar, o filhote continuará bicando a casca, abrindo caminho gradualmente para o mundo exterior.

Esse processo, chamado de pipping", ocorre por volta do 18º ou 19º dia de incubação. O piar de outros filhotes também pode incentivar os que ainda estão dentro dos ovos a eclodirem.

Antes de serem postos, os ovos das aves formam uma casca dura, rica em cálcio, com três camadas principais. Embora já se soubesse que estas se afinam de dentro para fora à medida que o pintinho cresce em preparação para a eclosão, com o cálcio da casca sendo incorporado ao seu esqueleto no processo, o que acontece em escala molecular sempre foi um mistério.

Em 2018, cientistas descobriram que as cascas dos ovos têm uma nanoestrutura, e que ela parece desempenhar um papel fundamental na resistência da casca.

Os pesquisadores concentraram-se no papel de uma proteína conhecida como osteopontina, encontrada em toda a casca do ovo e já era considerada importante na organização da estrutura de seus minerais.

A equipe incubou ovos de galinha por 15 dias. Enquanto a nanoestrutura da camada mais externa da casca do ovo permaneceu inalterada, a nanoestrutura das camadas internas diminuiu de tamanho.

Isso é resultado da dissolução do carbonato de cálcio em condições ácidas e sua utilização no esqueleto do pintinho, e o processo pode ser auxiliado pela nanoestrutura, que aumenta a área de superfície do mineral que contém cálcio. O resultado é que a casca enfraquece, permitindo que ela se quebre e filhote possa usar seu "dente de ovo".

A ciência descobriu várias maneiras dos embriões descobrirem o que está acontecendo lá fora antes de eclodirem. Mesmo que o que esteja acontecendo lá fora seja um irmão que queira comê-los.