Da Forma a Funçao e Evolução do Sistema Nervoso

Da forma à função

Os vertebrados de hoje são produtos das modificações dos seus antepassados. Por isso, a morfologia de uma estrutura pode ser avaliada pelo estudo da filogenia da espécie, verificando as modificações observadas desde os ancestrais até os seus descendentes atuais. Algumas modificações estruturais estão diretamente vinculadas às adaptações do animal com o meio ambiente, e em alguns casos, somente é compreendido quando os mecanismos fisiológicos são estudados.

 A adaptação é um processo evolutivo no qual o organismo se ajusta a um modo de vida, em um determinado ambiente. O termo adaptação é utilizado para indicar ajustes do animal às condições nas quais ele foi ou está submetido. Desse modo, todos os indivíduos são considerados adequadamente adaptados enquanto sobrevivem, sendo o processo de evolução o resultado entre a combinação dos ambientes em modificação e dos organismos em adaptação. Assim, cada animal se torna dependente a certo tipo de vida (predação, alimentação, etc.), em um dado local. Se o habitat é grande e constante, o animal terá tempo para se ajustar, por outro lado, se as mudanças forem bruscas, ele poderá ser extinto.

A forma e a função são dois fatores intimamente relacionados, pois estruturas apropriadas permitem que o animal realize tarefas mais elaboradas. Por exemplo, as estruturas que possibilitam o movimento e a locomoção dos animais relacionam-se entre si por diversas maneiras, seja pelo tipo de revestimento do corpo, estrutura do esqueleto ou pela disposição dos músculos. Na maioria das vezes, os invertebrados apresentam esqueleto rígido, com musculatura interna, como é observado nos insetos, os quais apresentam corpo segmentado, bastante articulado e com presença de apêndices. Por outro lado, os vertebrados apresentam revestimento separado do esqueleto interno, estando os músculos localizados próximo à superfície externa do corpo.

A composição do revestimento também influencia na forma e função dos animais; ele pode ser constituído por componentes químicos diversos, como a quitina ou a queratina. O revestimento externo do animal o protege contra ataques de predadores, possibilita condições adequadas para a captura de presas, evita agressões do ambiente ou a invasão de agentes patogênicos.

Todavia, a estrutura que reveste o animal também pode apresentar funções relacionadas com a regulação da temperatura corpórea, liberar secreções repelentes ou atrativas, responder a estímulos químicos e/ou mecânicos. Como exemplos de revestimento têm-se a concha nos bivalves, a cutícula dos artrópodes, o pêlo nos mamíferos e as penas nas aves.

Ao longo de toda a escala zoológica, os vertebrados têm apresentado homologias nos diferentes sistemas. Os variados grupos de animais diferem quanto ao aspecto geral, mas apresentam estruturas bastante semelhantes para a digestão, excreção, respiração, circulação, etc. Os sistemas e aparelhos não são exatamente iguais, mas mostram adaptações progressivas como o aumento gradativo da massa encefálica nos peixes, anfíbios, répteis, aves e mamíferos, culminando na amplitude da capacidade neural dos humanos.

Semelhança de origem e estrutura entre órgãos ou partes de organismos diversos.

Órgãos com a mesma função, mas com origem e estrutura diferentes.

Além das semelhanças morfológicas também são observadas semelhanças de estrutura química e função para algumas proteínas. Muitas proteínas mantêm as mesmas funções nos diferentes filos, como a tripsina, enzima digestiva encontrada dos protozoários ao homem; a amilase, enzima que degrada amido localizado desde as esponjas e a hemoglobina, pigmento respiratório que está presente em todos os vertebrados e alguns invertebrados.

Outra peculiaridade comum entre os vertebrados está relacionada ao desenvolvimento do embrião. Nos peixes, o embrião desenvolve fendas branquiais, pares de brânquias, arcos aórticos e um coração com duas câmaras, persistindo esta estrutura no adulto. Estruturas semelhantes aparecem no embrião de rãs, sendo essencial para a fase larval, quando habita somente o meio aquático. Com a metamorfose da larva, a rã passa para a fase adulta, as brânquias e fendas branquiais desaparecem e os pulmões tornam-se funcional para a captação do oxigênio do ar, o sistema circulatório modifica-se, passando o coração a ter três cavidades. Assim, os anfíbios apresentam na sua fase larval, características morfofuncionais semelhantes aos peixes, modificando-se posteriormente para a vida terrestre. Surpreendentemente estas características também são observadas para os embriões jovens dos répteis, aves e mamíferos.

Registros fósseis indicam que os vertebrados aquáticos precederam os terrestres e que os anfíbios representam a fase de transição desse ambiente. Por causa desses indícios há uma teoria que defende que o desenvolvimento embrionário recapitula as origens ancestrais dos vertebrados, apresentando todas as principais alterações morfológicas ocorridas nos vertebrados, ao longo dos processos adaptativos.

Evolução do sistema nervoso

A simetria é encontrada quando um plano real ou imaginário é traçado no centro do corpo de um animal, obtendo duas metades equivalentes. Esta simetria pode ser radial, como é observado para algumas esponjas, cnidário (como as anêmonas e os corais) e formas adultas de alguns equinodermos (ouriços e estrela do mar), cujo eixo corporal vai da região oral (boca) a região aboral (ânus). Neste caso, o traçado é realizado no plano longitudinal de um animal e não no transversal.

Outro tipo de simetria é a bilateral, na qual o animal apresenta um único plano de simetria produzindo duas metades semelhantes, apresentando região anterior e posterior, lado esquerdo e direito, região ventral e dorsal. Por isso, a simetria bilateral é associada a um animal com movimentação ativa e direcionada, sendo encontrada em diversos filos.

Os animais com simetria bilateral (a partir dos platelmintos), peculiarmente, se movimentam com uma das extremidades do corpo voltada para frente. Ao longo da escala zoológica, a condensação progressiva de neurônios ocorreu na região anterior do corpo, processo denominado de centralização ou cefalização. Esse fenômeno tem organização máxima nos vertebrados e apresenta um significado evolutivo importante, a região anterior do corpo é a primeira parte a entrar em contato com o ambiente que está sendo explorado, e nela se encontra a maior quantidade de receptores sensoriais relacionados com a visão, audição, paladar e olfato.

Desse modo, a cefalização proporcionou a concentração das células neurais na porção anterior do corpo, caracterizando a cabeça. Os principais filos que possuem a cabeça bem diferenciada são os moluscos (caracóis, lulas, polvos), anelídeos (vermes poliquetos), artrópodes (aranhas, escorpiões, insetos) e os cordados (vertebrados). Todos os filos possuem células excitáveis, o que difere é o seu grau de complexidade. As células que percebem aos estímulos internos (água, oxigênio, compressão, etc.) e externos (luz, temperatura, pressão, umidade, paladar, odores, etc.) são denominadas de receptores. A estimulação do receptor conduz impulsos ao sistema nervoso central, o qual integra a informação sensorial e a transmite para as estruturas terminais ou células efetoras (músculo, glândulas) para que a resposta seja desenvolvida. Estas células que constituem o sistema nervoso são denominadas de neurônios.

O sistema nervoso primitivo é freqüentemente organizado como uma rede difusa de interneurônios. As esponjas apresentam resposta ao estímulo tátil como reflexo de estímulo local e alguns cnidários apresentam uma rede de células nervosas difusas distribuídas ao longo do corpo, sem uma região centralizada para o controle neural. Nesses animais, o impulso nervoso não é unidirecional, podendo espalhar-se para ambos os sentidos.

Os animais com simetria bilateral possuem rede neural mais complexa e o impulso nervoso apresenta-se linear. A rede nervosa é constituída por pares de gânglios ou um cérebro na extremidade anterior, conectado a um ou mais cordões nervosos longitudinais que se estendem para trás, ao longo de todo o corpo. Nesses invertebrados, os nervos saem dos gânglios e cordões nervosos para os diversos órgãos. Nos platelmintos, os nervos que partem para as regiões cefálicas saem de dois gânglios anteriores nos quais também saem dois nervos separados, vinculados por comissuras. Nos moluscos mais especializados são observados interligações de grandes gânglios nervosos na cabeça, nos pés e nas vísceras. Nos insetos, os gânglios ventrais concentram-se anteriormente, e nos anelídeos, crustáceos e moluscos cefalópodes são observadas fibras gigantes, multicelulares que conduzem rapidamente o impulso nervoso.

Nos vertebrados, a estrutura do sistema nervoso é mais complexa, sendo constituída por um sistema nervoso central, com um encéfalo anterior grande ligado à medula espinhal, e um sistema nervoso periférico formado por nervos, gânglios e terminações nervosas.  Os nervos cranianos (10 a 12 pares) e espinais (maior e mais variável número) fazem a conexão entre o sistema nervoso central e as diferentes regiões do corpo, conduzindo os impulsos nervosos, cuja intensidade de propagação pode ser aumentada pelos gânglios nervosos. A medula espinhal é um denso cordão alongado, por onde os feixes organizados das células nervosas percorrem todo o canal vertebral no dorso dos vertebrados. Os nervos que recebem as informações captadas pelos órgãos dos sentidos chegam ao sistema nervoso central para transmitir e processar os estímulos.

O tamanho do encéfalo varia nos diferentes vertebrados. O encéfalo representa a região anterior dilatada do tubo neural dos vertebrados no qual são processadas as informações captadas pelos órgãos dos sentidos (visão, gustação, olfação, etc.). O encéfalo nos mamíferos é o mais desenvolvido, apresentando extensas camadas das células neurais sobre a superfície do tronco encefálico. Nos mamíferos, os hemisférios do cérebro apresentam inúmeras dobras ampliando enormemente a sua área de superfície, principalmente nas regiões onde as informações sensoriais são processadas.