Por que nossos corpos e os da maioria dos animais são simétricos (mas só por fora)

Ao observar a incrível beleza e diversidade da vida na Terra, fica claro que quase todo o reino animal compartilha uma característica comum: a simetria bilateral.

De borboletas a morsas, de tiranossauros a Homo sapiensa maioria dos animais tem um lado direito e um lado esquerdo.

Se refletirmos a metade direita de um animal num espelho, veremos que ela é quase idêntica à metade esquerda. Por que esse formato é tão comum?

Para entender, precisamos viajar até as profundezas do oceano… e até mesmo um passado remoto.

Estamos recuando 570 milhões de anos, ao período Ediacarano, quando a vida animal existia apenas nos oceanos.

Se mergulhássemos, veríamos “uma espécie de floresta cobrindo o fundo do oceano, com estranhas folhas flutuando, provavelmente translúcidas ou cinzentas, de até um metro de altura”, descreve Frankie Dunn, paleobiólogo do Museu de História Natural da Universidade de Oxford. , no Reino Unido. Unido.

Essas folhas estranhas, diz ela, “são as coisas mais antigas que podemos dizer com segurança que são animais”.

Exemplos incluem charnia.

“Parece uma planta, mas sabemos que é um animal porque cresce da mesma forma que os animais, excluindo qualquer outra possibilidade”, explica Dunn.

“Além disso, como vivia em profundidades onde a luz não chegava, não conseguia realizar a fotossíntese. À primeira vista, pode parecer bilateralmente simétrico, mas os ramos se desenvolvem sequencialmente, o que chamamos de simetria de reflexão deslizante, característica de muitos organismos do mundo.

Chamamos assim porque é como se você cortasse um padrão simétrico ao meio e deslizasse levemente um lado para cima.

Atualmente, não encontramos nada semelhante a essas charnias.

Eles existiram numa época em que os primeiros animais experimentavam diferentes formas corporais incomuns, como se a vida estivesse testando diferentes “roupas” até encontrar uma que realmente funcionasse.

“Havia muitas formas diferentes de simetria naquela época, algumas das quais desapareceram, mas que podem ter sido muito úteis durante o Ediacarano, pois o mundo era muito distinto e os organismos respondiam a diferentes pressões ambientais”, observa o especialista.

Este período de grande diversidade simétrica não durou para sempre.

Eventualmente, começaram a surgir criaturas semelhantes a vermes, cujo formato – com cabeça e cauda – revolucionou tudo.

A dominância bilateral facilitou a locomoção: “Se você tem uma boca em uma extremidade e um ânus na outra, você pode se mover com muito mais facilidade, já que não está expelindo resíduos enquanto se move”, explica Dunn.

“Com a simetria bilateral, você pode ficar mais aerodinâmico ao longo do eixo principal do corpo, organizar os músculos ao longo das extremidades do corpo e concentrar as estruturas sensoriais em uma extremidade, permitindo a diversificação de comportamentos complexos. e explorar o mundo em três dimensões.”

É difícil subestimar o quanto a simetria bilateral mudou as regras do jogo.

Um trato digestivo, onde o alimento entra por uma extremidade e sai pela outra, oferece uma direção natural de movimento que, simplesmente, é em direção à comida e longe dos resíduos.

Animais como estes vermes ediacaranos moviam-se muito melhor do que outras formas de vida.

Assim, a competição pelas fontes de alimentos tornou-se muito mais intensa. Os animais bilaterais superaram todos os outros e, com seu sucesso, mudaram tanto o meio ambiente que redesenharam o planeta.

Dunn observa que “os animais que habitavam o fundo do mar Ediacarano tinham simetrias diferentes. Eles mudaram completamente o mundo quando começaram a interagir com o solo microbiano, que tinha pouco oxigênio. outras criaturas viveram, condenando-as à extinção.”

O aparecimento e diversificação de animais com simetria bilateral é um ponto de viragem profundo na história da vida na Terra.

Mas por que quase todos os animais têm simetria bilateral?

Porque este design corporal revelou-se tão eficaz que, quando surgiu há 570 milhões de anos, tornou-se um sucesso duradouro, dominando até hoje.

A simetria bilateral é o molde dos animais. Bem, quase todos os animais.

Exceções estranhas

Um grupo de animais que desafia esta regra de simetria bilateral são os equinodermos, que incluem estrelas do mar, ouriços-do-mar, pepinos-do-mar e estrelas frágeis.

“Eles são muito diferentes no plano e no design do corpo e podem nos ensinar muito sobre a evolução e seus limites”, ressalta Imran Rahman, pesquisador principal do Museu de História Natural de Londres.

Rahman confessa: “Sempre fui fascinado por animais raros, às vezes chamados de maravilhas estranhas”.

E com razão: são surpreendentes e intrigantes.

A estrela do mar, por exemplo, inicia sua vida como larva com simetria bilateral.

“Depois, na metamorfose, o adulto cresce de um lado, enquanto o outro lado desaparece.”

Uma vez adultas, estas estrelas pentaradialmente simétricas parecem ter sido feitas para enfeitar o fundo do mar, mas onde estão as suas cabeças? “Isso é um assunto para debate”, diz Rahman.

“Pesquisas recentes sugerem que quase todo o animal é a cabeça, sem a extremidade posterior que vemos em outros animais. Portanto, uma estrela do mar seria uma espécie de cabeça desencarnada rastejando sobre os lábios.”

Apesar de seus corpos distintos, os equinodermos existem há centenas de milhões de anos. Por que sobreviveram num mundo dominado por animais com simetria bilateral? Ninguém sabe ao certo.

E as plantas?

Ser bilateral foi receita de sucesso para os animais, mas nas plantas o panorama é mais variado.

“Para entender por que as plantas não parecem simétricas, é preciso observar o seu desenvolvimento”, diz a botânica Sophie Nadeau, da Universidade Paris Saclay, na França.

“Nos animais, o plano corporal é definitivo: quando você é adulto, você não cresce mais. As plantas são formadas por módulos (caule, folhas, flores). .”

Se uma planta crescesse em condições perfeitamente controladas, provavelmente seria bastante simétrica, acrescenta Nadeau.

Mas a verdade é que não crescem isoladamente; ventos, luz solar e espaço disponível influenciam seu crescimento.

“Às vezes uma parte se desenvolve mais que a outra, resultando em uma arquitetura que não é perfeitamente regular”.

Porém, embora raramente sejam perfeitamente simétricas, as plantas apresentam simetria em vários aspectos: suas folhas, por exemplo, muitas vezes apresentam simetria bilateral.

“Se olharmos para cada órgão, eles têm simetria. Os caules têm uma simetria radial quase perfeita. Se você cortar o tronco de uma árvore, ele tem simetria radial. Portanto, cada órgão é na verdade simétrico.”

Assim, é possível encontrar simetria nas plantas, dependendo de onde se olha… até internamente.

E isto é interessante, porque se voltarmos aos animais, a situação é oposta. Apesar da nossa simetria externa, internamente as coisas são muito menos simétricas.

Aqui e ali

“Existem muitas assimetrias fascinantes no corpo humano”, observa o professor Mike Levin, da Universidade Tufts, em Massachusetts, EUA.

“Alguns são anatômicos, como órgãos como coração, estômago e fígado, que em indivíduos normais estão localizados em apenas um lado do corpo. Outros, assimetrias menos evidentes ocorrem no cérebro, que é ligeiramente diferente de um lado para o outro. outros. Existem também assimetrias funcionais ou fisiológicas interessantes, por exemplo, certas doenças ocorrem com mais frequência num lado do corpo, como o cancro da mama, que tende a ser mais comum num lado.”

“Essas assimetrias ocultas revelam que as células realmente sabem que não são iguais”.

A razão desta assimetria nos nossos órgãos internos, com o fígado ou baço de um lado e os intestinos enrolados atrás, pode ser simplesmente a forma mais eficiente de organizar tudo.

“Mas como os embriões determinam com segurança qual lado do corpo deve conter o coração, o intestino, etc., é uma questão fascinante”, comenta Levin.

Assimetria como um quebra-cabeça

A assimetria é um enigma, pois é difícil de conseguir para sistemas biológicos. Você pode usar a gravidade para determinar sua posição vertical, mas calcular a esquerda e a direita é muito mais complexo. Como as células fazem isso? Nós realmente não sabemos.

“Em que ponto do desenvolvimento embrionário as células descobrem de que lado do corpo estão? Se você é uma bola de células, como sabe onde está sua linha média e quais mecanismos permitem distinguir a esquerda da direita?”

São muitas perguntas. Uma resposta pode estar relacionada com a forma como as moléculas celulares se auto-organizam em espirais, criando uma assimetria que é então amplificada durante o desenvolvimento. Mas independentemente de como isso ocorra, segundo Levin, a assimetria pode ser fundamental para a vida.

“A assimetria permeia toda a biologia, desde eventos quânticos que quebram a simetria até o desenvolvimento, comportamento e até mesmo nossas obras de arte. É surpreendente como ela se conecta desde as sutis propriedades moleculares do mundo quântico até seu impacto cultural e social.”

Embora a assimetria permaneça um mistério, as razões da simetria, pelo menos em humanos e outros animais bilaterais, são claras.

É um design muito vantajoso, como salienta Frankie Dunn: “Os bilaterais estavam destinados ao triunfo porque o seu plano corporal é muito adequado para muitas atividades, como voar, nadar e caminhar, além de serem altamente suscetíveis à inovação”.

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