As moscas da neve podem parecer insetos comuns, mas suas estratégias de sobrevivência são tudo menos típicas.
Num novo estudo, cientistas da Northwestern University examinaram como estes pequenos insectos sem asas sobrevivem a condições de congelamento, encontrando parceiros e pondo ovos na superfície da neve. Eles descobriram que as moscas da neve dependem de uma combinação surpreendente de ferramentas biológicas. Esses insetos podem gerar seu próprio calor corporal como os mamíferos e produzir proteínas anticongelantes semelhantes às encontradas nos peixes do Ártico.
Embora a maioria dos insetos não consiga sobreviver abaixo de zero, as moscas da neve permanecem ativas em temperaturas tão baixas quanto -6 graus Celsius (ou 21,2 graus Fahrenheit).
As descobertas fornecem novos insights sobre como a vida se adapta a ambientes extremos. Eles também poderiam ajudar os pesquisadores a desenvolver novas maneiras de proteger células, tecidos e materiais dos danos causados pelo frio.
O estudo foi publicado na edição de 24 de março da revista biologia moderna.
“Os insetos têm sangue frio, por isso são suscetíveis às temperaturas externas”, disse Marco Gallio, da Northwestern University, que liderou o estudo. “Mas eles têm uma capacidade incrível de se adaptar a extremos. Quando o tempo fica frio, uma tática comum é procurar abrigo e hibernar até que as condições melhorem. Mas, em vez de desacelerar, as moscas da neve preferem condições de frio e neve e se escondem enquanto a neve derrete e aquece. Eles realmente ultrapassam os limites do que é possível. Agora descobrimos que as moscas da neve não apenas toleram o frio, mas também têm várias maneiras de escapar dele. “
Gallio estuda como a temperatura afeta a biologia e é professor pesquisador de Biologia Molecular Soretta e Henry Shapiro e professor de neurobiologia no Weinberg College of Arts and Sciences da Northwestern. Ele co-liderou a pesquisa com Marcus Stensmyr, professor de biologia na Universidade de Lund, na Suécia. Outros contribuidores da Northwestern incluem William Case, da Escola de Engenharia McCormick, e Alessia Parra, de Weinberg. Gallio e Kath também são afiliados ao Instituto Nacional de Teoria e Matemática em Biologia NSF-Simons (NITMB).
Genes anormais e proteínas anticongelantes
Para compreender como as moscas da neve sobrevivem em condições tão adversas, os investigadores examinaram primeiro a sua composição genética. Gallio e sua equipe foram os primeiros a sequenciar o genoma da mosca-das-neves e compará-lo com insetos aparentados que não estão adaptados a ambientes frios. Eles também analisaram o RNA para determinar quais genes são usados ativamente para a sobrevivência em temperaturas congelantes. Essas comparações complexas foram conduzidas pelo Dr. Richard Suhendra. Alunos trabalhando com Kath.
Os resultados foram inesperados.
“Não conseguimos encontrar muitos genes em nenhum banco de dados”, disse Gallio. “Inicialmente, pensei que devíamos ter sequenciado algumas espécies exóticas. As incompatibilidades são muito raras para genes ativos que produzem proteínas.”
Outras pesquisas revelaram que esses genes incomuns produzem proteínas anticongelantes. Tal como as proteínas encontradas nos peixes do Ártico, estas proteínas fixam-se aos cristais de gelo e impedem-nos de crescer. Este processo protege as células contra danos durante o congelamento.
“É importante notar que algumas das proteínas anticongelantes que encontramos estão, na verdade, estruturalmente relacionadas às proteínas anticongelantes dos peixes do Ártico”, disse Gallio. “Isso sugere que a evolução chegou à mesma solução para um problema comum.”
A termogênese ajuda as moscas da neve a permanecerem ativas
A equipe também identificou genes relacionados ao uso de energia e aos processos celulares que produzem calor. Isso sugere outra habilidade inesperada. As moscas da neve não são apenas resistentes ao congelamento, mas também geram seu próprio calor.
“Encontramos genes em animais de grande porte que estão associados à termogênese mitocondrial no tecido adiposo marrom”, disse Gallio. “Muitos animais, como as marmotas e os ursos polares, têm gordura marrom que gera calor. Quando hibernam, queimam a gordura armazenada para gerar calor em vez de produzir energia química. Assim, de certa forma, as moscas da neve combinam as estratégias usadas pelos ursos polares e pelos peixes do Ártico.”
Bloqueie o gelo e crie calor
Para testar como funcionam as proteínas anticongelantes, Matthew Capek, Ph.D. Os alunos do laboratório de Gallio desenvolveram moscas da fruta para produzir uma proteína da mosca da neve. Ele então os expôs a temperaturas congelantes em uma geladeira de laboratório. As moscas melhoradas tiveram taxas de sobrevivência muito mais elevadas do que as moscas normais, confirmando que a proteína pode actuar como uma barreira à propagação do gelo.
Noutra experiência, os investigadores testaram se as moscas da neve realmente produziam calor. Eles mediram a temperatura interna dos insetos enquanto baixavam gradualmente a temperatura ambiente abaixo de zero. Ao longo do caminho, as moscas da neve permaneceram consistentemente vários graus Celsius mais quentes do que o esperado em comparação com outros insetos.
“Outros insetos, como abelhas e mariposas, aumentam o calor através do tremor”, disse Stensmire. “Mas não encontramos nenhuma evidência de tremores. Em vez disso, as moscas da neve podem estar produzindo calor a nível celular, mais semelhante à forma como os mamíferos e até mesmo algumas plantas produzem calor.”
Nessas condições extremas, mesmo pequenos aumentos de temperatura são críticos para a sobrevivência. Este breve período de calor pode dar às moscas da neve tempo suficiente para procurar abrigo e evitar o congelamento se as temperaturas caírem repentinamente.
Sensibilidade reduzida à dor fria
As moscas da neve também parecem ser menos sensíveis aos efeitos dolorosos do frio extremo. A maioria das pessoas sente uma sensação de ardor quando toca gelo ou metal frio. Essa sensação é desencadeada por moléculas reativas nas células que sinalizam ao corpo para evitar danos. Nas moscas da neve, esta resposta foi significativamente atenuada.
Gallio e sua equipe descobriram que as principais proteínas sensoriais envolvidas na detecção de estímulos nocivos são muito menos reativas nas moscas da neve do que em outros insetos. Como resultado, estes insectos podem tolerar níveis mais elevados de stress relacionado com o frio e continuar a funcionar sob condições que sobrecarregariam a maioria das espécies.
“Acontece que os receptores de estímulos específicos nas moscas da neve são 30 vezes menos sensíveis do que os mosquitos e as moscas da fruta”, disse Gallio. “Como resultado, eles podem lidar com níveis mais elevados de irritantes tóxicos produzidos pela exposição ao frio”.
Pesquisas futuras sobre sobrevivência no Ártico
Em seguida, os investigadores planeiam explorar mais detalhadamente como as moscas da neve geram calor a nível celular e identificar toda a gama de proteínas anticongelantes que produzem. O trabalho poderá revelar se outros organismos utilizam estratégias semelhantes para sobreviver em ambientes extremamente frios.
O estudo, “Adaptações moleculares e fisiológicas coordenadas permitem atividade em temperaturas abaixo de zero na mosca da neve Chionea alexandriana”, será publicado na edição de 6 de abril da revista biologia moderna e exibido na capa. O trabalho em vários laboratórios é apoiado em parte pelos Institutos Nacionais de Saúde, pelo Programa Pew Scholars, pela Fundação McKnight, pelo Instituto Paula M. Trienens de Sustentabilidade e Energia, pela Fundação Crawford, pela National Science Foundation, pela Simons Foundation e pelo NITMB. Colaboradores externos incluem o projeto DNAzoo e Olga Dudchenko e Erez Lieberman Aiden, ambos professores da Rice University e do Baylor College of Medicine.
