Aves e mamíferos aquáticos podem mergulhar por longos períodos de tempo, podendo ficar horas sem respirar. Esses animais sofreram adaptações evolutivas em relação ao seu metabolismo, fisiologia e morfologia, permitindo que explorem os oceanos, e tais adaptações vêm sendo foco de estudo de diversos cientistas no mundo todo.

É de conhecimento que a hemoglobina é uma proteína tetramérica responsável pelo transporte de oxigênio no organismo dos vertebrados. O transporte baseia-se em uma elevada afinidade desta proteína por oxigênio (que se liga ao grupamento prostético heme) ao passar pelos alvéolos pulmonares, seguido por diminuição da afinidade ao oxigênio ao passar pelos tecidos periféricos, liberando O2 em repostas a mudanças de temperatura, pressão de O2, pH e presença de cofatores alostéricos como o CO2.

Estudos recentes apontam diferenças entre hemoglobinas de diferentes animais.

Evolução da hemoglobina em aves aquáticas

É conhecido que animais que mergulham por períodos prolongados, como pinguins e focas, possuem uma maior quantidade de hemoglobina na corrente sanguínea, para aumentar sua capacidade de oxigenação durante os períodos de apneia.

Recentemente, um estudo mostrou que modificações ocorreram na hemoglobina durante a evolução, melhorando sua performance e permitindo que haja um aumento no suprimento de oxigênio durante os períodos de mergulho. Estudos mostraram que a hemoglobina de pinguins possui afinidade maior por oxigênio quando comparada a hemoglobina de aves não-aquáticas, assim quando esta passa pelos alvéolos pulmonares, liga-se com capacidade total nas moléculas de oxigênio aumentando a oxigenação sanguínea. Além disso, a hemoglobina de pinguins apresenta uma sensibilidade maior ao efeito Bohr (diminuição da afinidade pelo oxigênio em pH ácido). Essa caraterística permite que haja uma liberação ainda maior de oxigênio nos tecidos em que há uma atividade metabólica mais intensa.

A evolução da capacidade de mergulhar relacionada a carga superficial da Mioglobina.

A evolução da resistência prolongada de apneia destes animais que permitiu a exploração do ambiente aquático, também depende de um estoque extra de oxigênio corporal. Assim, tais animais sofreram adaptações evolutivas na proteína mioglobina que participa do armazenamento de oxigênio nos músculos.

Os mamíferos aquáticos possuem uma quantidade extra de mioglobina nos seus tecidos musculares (quando comparado aos animais terrestres) para permitir que uma grande quantidade de oxigênio seja estocada e que eles possam mergulhar por tanto tempo. A mioglobina destes animais sofreu uma adaptação evolutiva para que pudesse estar presente em altas concentrações na musculatura destes animais. Estudos mostraram que a mioglobina de mamíferos aquáticos possui grande quantidade de cargas positivas na superfície de sua estrutura tridimensional. Isso garante que exista uma repulsão entre as moléculas proteicas evitando, assim que haja agregação proteica devido às altas concentrações de mioglobina intracelulares. 

Os pesquisadores descobriram que sempre que a capacidade para mergulhos prolongados evolui, uma alta carga de superfície de mioglobina líquida e uma maior abundância de mioglobina evoluíram junto com ela. Comparações de sequências de mioglobina entre mamíferos modernos permitiram aos pesquisadores inferir as cargas superficiais da mioglobina de formas ancestrais e, portanto, sua capacidade de mergulho.

Aumento de oxigênio no cérebro

Os mamíferos marinhos também têm uma habilidade incrível de permanecer acordados e alertas enquanto prendem a respiração durante mergulhos longos. Uma nova pesquisa mostra que isso pode ser devido às altas concentrações de proteínas que ligam o oxigênio no cérebro. As proteínas podem ajudar esses mamíferos a permanecer ativos por muito tempo depois que os níveis de oxigênio no sangue caem o suficiente para fazer com que um ser humano desmaie.

Estudos mostraram que o cérebro destes animais possuem maior concentração de hemoglobina, assim como outras globinas ligantes de oxigênio específicas do tecido cerebral.

Os pesquisadores descobriram recentemente mais globinas, incluindo duas que são encontradas especificamente no cérebro. Eles então testaram cada amostra para sua concentração de hemoglobina e descobriram que os mamíferos marinhos geralmente tinham concentrações mais altas de hemoglobina e até três vezes mais das duas globinas neurais em seus cérebros do que os mamíferos terrestres.

 Referências

 Evolution of Mammalian Diving Capacity Traced by Myoglobin Net Surface Charge. Science  14 Jun 2013: Vol. 340, Issue 6138, 1234192 DOI:  10.1126/science.1234192

High-affinity hemoglobin and blood oxygen saturation in diving emperor penguins. J Exp Biol . 2009 Oct;212(Pt 20):3330-8.  doi: 10.1242/jeb.033761.

Williams, T. M. et al. Proc. R. Soc. B doi: 10.1098/rspb.2007.1484 (2007).

Evolved increases in hemoglobin-oxygen affinity and the Bohr effect coincided with the aquatic specialization of penguins. PNAS March 30, 2021 118 (13) e2023936118; https://doi.org/10.1073/pnas.2023936118

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