Só é possível compreender a diversificação dos sistemas fotossensoriais dos animais uma vez que os aspectos morfológicos, fisiológicos, do desenvolvimento e seu contexto ambiental são abordados em diversas espécies em um nível comparativo. O estudo da diversificação ocular em animais da ordem Tricladida nos permite rastrear a seleção associada às diferentes condições ambientais, uma vez que esses animais constantemente exibem caracteres visuais associados aos distintos habitats que ocupam. De fato, nossos resultados demonstraram que espécies da ordem Tricladida habitam diferentes nichos e apresentam diversos fenótipos oculares adaptados às suas demandas ecológicas, como por exemplo a presença de olhos com lentes encontradas apenas em espécies marinhas ou olhos trilobados presentes apenas em espécies terrestres. Um outro exemplo é a constante perda de olhos em diferentes espécies localizadas em ambientes de cavernas, que permite investigar a evolução de caracteres convergentes relacionados à escuridão. A fim de elucidar as mudanças moleculares que ocorreram durante a evolução dos olhos rudimentares encontrados em uma planária de caverna, detalhamos o desenvolvimento ocular na planária de caverna Girardia multidiverticulata. Nossos resultados revelaram que G. multidiverticulata, inicialmente descrita como uma espécie sem olhos, na verdade retém pequenos olhos funcionais. Essas planárias expressam os mesmos fatores de transcrição conhecidos na formação do olho em planárias de superfície, com pequenas exceções durante o estágio final de diferenciação celular. No entanto, a análises de expressão diferencial revelou alterações nos níveis de expressão de genes envolvidos na função ocular e na formação de pigmentos quando comparados com espécies de superfície. Descobrimos que a redução no número de células oculares nessa espécie é causada por uma diminuição da taxa de especificação de progenitores de olhos, levando a uma menor taxa de diferenciação de novas células oculares durante a homeostase e também durante a regeneração. Por outro lado, a disponibilidade de progenitores para a formação de outros tecidos, como por exemplo o cérebro, foi semelhante entre as espécies da caverna e da superfície. Além disso, a população de G. multidiverticulada encontrada na caverna apresentou dois morfotipos diferentes, um apresentando olhos pequenos e pigmentados e o outro olhos pequenos não pigmentados. Além das diferenças de pigmentação entre os dois morfotipos seus níveis de expressão genética também são diferentes. A existência de dois estágios diferentes de regressão de olhos dentro da mesma população, combinados com a diminuição de progenitores específicos de olhos, juntamente com a modificação da expressão genética sugerem que esta espécie representa um estágio intermediário de adaptação ao ambiente subterrâneo. Girardia multidiverticulata representa um novo modelo para a de perda de olhos, em que a mudança na taxa de diferenciação de progenitores em olhos resulta em redução no tamanho do órgão. Esses resultados ampliam nossa compreensão dos diferentes mecanismos responsáveis pela perda de caracteres, o que é essencial para a compreensão das perspectivas evolutivas sobre a perda de olhos.

To understand the evolution of form and diversification in the photosensory systems it is necessary to study the function, development, cell morphology, and environment context of eyes in different animals. Comparative studies of flatworms in the order Tricladida represent a good animal group to address questions about how eye structures evolved and diversified because Tricladida can occupy different environments, and display visual characters associated with it, offering an opportunity to study adaptations to the different environmental conditions. Indeed, our comparative review studies demonstrate that species of the order Tricladida inhabit different environments, and display diverse eye phenotypes accommodated to their ecological demands. Several eye-related key innovations found in Tricladida can be used to study how the environment shapes the diversification and evolution of traits, such as the presence of lensed eyes only found in marine species, or trilobated eyes only present in terrestrial species. Furthermore, Tricladida eyes have been repeatedly lost in different cave species, and therefore allow comparative studies related with the evolution of convergent traits associated to living in the dark. In order to elucidate the developmental and molecular changes that took place during the evolution of the rudimentary eyes found in a cave planarian, we carried detailed analyses of eye development in the cave planarian Girardia multidiverticulata. We found that G. multidiverticulata, which were initially described to be an eyeless species, actually retain small and functional, rudimentary eyes. With some exceptions during late differentiation of eye cells, these cave planarians expressed orthologs of conserved transcription factors known to be important for eye formation in surface planarians. However, differential expression analyses revealed changes in expression levels of genes involved eye function and pigment formation when compared with surface species. We found that the reduction in eye-cell number in cave planarians is caused by a decreased rate of stem cell fate specification to eye progenitors. This led to a lower rate of new eye cell differentiation during homeostasis, and also during regeneration. By contrast, formation of other tissues, including other neurons in the brain, was comparable between the cave and surface species. Additionally, two different morphotypes within the cave population exist and show heritable differences in eyes: one has small, pigmented rudimentary eyes (discernible eyes) and the other has unpigmented small eyes that are non-discernible by light microscopy. Aside for the pigmentation differences between the two Girardia multidiverticulata morphotypes presented changes in expression levels of genes. The existence of two different stages of eye trait regression within the same population, combined with reduced but not absent stem cell fate specification into eye cells, and altered eye gene expression suggest this species represents an intermediate stage of trait adaptation to the subterranean environment. We conclude that Girardia multidiverticulata represents a novel mode of evolutionary trait loss, in which change to the rate of stem cell fate selection in an adult setting result in reduction in organ size. These results further our understanding of the different mechanisms responsible for trait loss, which are essential to understand the evolution of eye loss.