As moscas da neve podem parecer insetos comuns, mas sua estratégia de sobrevivência é tudo menos típica.
Num novo estudo, cientistas da Northwestern University investigaram como estes pequenos insectos sem asas, que se movem através de superfícies nevadas para encontrar parceiros e pôr ovos, permanecem vivos em condições de congelamento. Eles descobriram que as moscas da neve dependem de uma combinação surpreendente de ferramentas biológicas. Os 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 de até -6 graus Celsius (ou 21,2 graus Fahrenheit).
Essas descobertas fornecem novos insights sobre como a vida se adapta a condições extremas. Eles também podem ajudar os pesquisadores a desenvolver novas maneiras de proteger células, tecidos e materiais contra danos induzidos pelo frio.
O estudo foi publicado em 24 de março na revista Biologia moderna.
“Os insectos têm sangue frio, por isso dependem das temperaturas exteriores”, disse Marco Gallio, da Northwestern, que liderou o estudo. “Mas eles têm uma capacidade incrível de se adaptar a extremos. Quando fica frio, uma estratégia comum é procurar abrigo e ficar inativo até que as condições melhorem. Mas, em vez de desacelerar, as moscas da neve preferem a geada, a neve, e se escondem quando a neve derrete e fica mais quente. Elas realmente ultrapassam os limites do que é possível. Agora descobrimos que as moscas da neve não apenas toleram o frio, elas têm várias maneiras de lidar com isso.”
Gallio estuda como a temperatura molda a biologia e é professor Saretta e Henry Shapiro de Biologia Molecular e professor de Neurobiologia no Weinberg College of Arts and Sciences da Northwestern. Ele co-liderou o estudo com Markus Stensmir, professor de biologia na Universidade de Lund, na Suécia. Outros participantes da Northwestern incluem William Catt, da Escola de Engenharia McCormick, e Alessia Parra, de Weinberg. Gallio e Kat também são afiliados ao Instituto Nacional de Teoria e Matemática em Biologia NSF-Simons (NITMB).
Genes incomuns e proteínas anticongelantes
Para compreender como as moscas da neve sobrevivem em condições tão adversas, os investigadores estudaram primeiro a sua composição genética. Gallio e sua equipe foram os primeiros a sequenciar o genoma da mosca da neve 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 sobreviver às temperaturas congelantes. Essas comparações complexas foram conduzidas por Richard Sukhendra, Ph.D. estudante trabalhando com Kat.
Os resultados foram inesperados.
“Não conseguimos encontrar muitos genes em nenhum banco de dados”, disse Galio. “A princípio pensei que havíamos sequenciado algumas espécies exóticas. É muito raro que o gene ativo que produz a proteína não corresponda”.
Uma investigação mais aprofundada revelou que estes genes incomuns produzem proteínas anticongelantes. Tal como acontece com os peixes do Ártico, estas proteínas fixam-se aos cristais de gelo e impedem o seu crescimento. Este processo protege as células contra danos durante o congelamento.
“Notavelmente, algumas das proteínas anticongelantes que descobrimos estão, na verdade, estruturalmente relacionadas com as proteínas dos peixes do Ártico”, disse Gallio. “Isso sugere que a evolução chegou à mesma solução para um problema comum.”
A geração de calor ajuda as moscas da neve a permanecerem ativas
A equipe também identificou genes relacionados ao uso de energia e processos celulares relacionados à produção de calor. Isso sugere outra habilidade inesperada. As moscas da neve não apenas resistem ao congelamento, mas também geram seu próprio calor.
“Encontramos genes que em animais maiores estão associados à termogênese mitocondrial no tecido adiposo marrom”, disse Gallio. “Muitos animais, como marmotas e ursos polares, têm gordura marrom que é usada para produzir calor. Quando hibernam, queimam essa gordura armazenada para produzir calor, não para produzir energia química. Portanto, as moscas da neve usam uma combinação de estratégias que os ursos polares e os peixes do Ártico usam.”
Bloqueando gelo e criando calor
Para testar como funcionam as proteínas anticongelantes, Matthew Chapek, Ph.D. estudante do laboratório de Gallio, modificou moscas da fruta para produzir uma das proteínas da bola de neve. Ele então os expôs a temperaturas congelantes em um freezer de laboratório. As moscas modificadas sobreviveram muito mais do que as moscas normais, confirmando que as proteínas atuam como barreiras para evitar a propagação do gelo.
Noutra experiência, os investigadores testaram se as moscas da neve realmente geram calor. Eles mediram a temperatura interna dos insetos baixando gradualmente a temperatura ambiente abaixo de zero. Durante esse processo, as moscas da neve permaneceram consistentemente ligeiramente acima do esperado em alguns graus Celsius em comparação com outros insetos.
“Outros insetos, como abelhas e mariposas, tremem para aumentar o calor”, disse Stensmere. “Mas não encontramos nenhuma evidência de tremores. Em vez disso, as moscas da neve provavelmente geram calor a nível celular, mais parecido com o modo como os mamíferos e até algumas plantas geram calor.”
Mesmo um pequeno aumento na temperatura pode ser crítico para a sobrevivência em condições tão extremas. Este breve calor pode dar às moscas da neve tempo suficiente para encontrar abrigo e evitar o congelamento se as temperaturas caírem repentinamente.
Diminuição da sensibilidade ao frio
As moscas da neve também parecem ser menos suscetíveis aos efeitos dolorosos do frio extremo. A maioria das pessoas reconhece uma picada aguda ao tocar gelo ou metal frio. Essa sensação é causada por moléculas reativas nas células que sinalizam ao corpo para evitar danos. Nas moscas da neve, esta reação é significativamente reduzida.
Galio e a sua equipa descobriram que uma proteína sensorial chave envolvida na detecção de estímulos nocivos é muito menos responsiva nas moscas da neve do que noutros insectos. Como resultado, estes insectos podem tolerar níveis mais elevados de stress relacionado com o frio e continuar a funcionar em condições que superariam a maioria das espécies.
“Acontece que um certo receptor irritante é 30 vezes menos sensível nas moscas da neve do que nos mosquitos e nas moscas da fruta”, disse Gallio. “Assim, eles podem lidar com níveis mais elevados de estímulos nocivos provenientes da exposição ao frio.”
Pesquisas futuras sobre sobrevivência em frio extremo
Em seguida, os pesquisadores planejam estudar mais detalhadamente como as moscas da neve geram calor no nível celular e identificar toda a gama de proteínas anticongelantes que produzem. Este trabalho pode mostrar se outros organismos utilizam estratégias semelhantes para sobreviver em ambientes extremamente frios.
O estudo, intitulado “Adaptações Moleculares e Fisiológicas Coordenadas Garantem Atividade da Mosca da Neve Chionea alexandriana em Temperaturas Subzero”, será publicado no volume de 6 de abril da revista. Biologia moderna e um recurso de capa. O trabalho em vários laboratórios foi apoiado em parte pelos Institutos Nacionais de Saúde, pelo Programa Pew Scholars, pela Fundação McKnight, pelo Instituto Paula M. Trinens para Sustentabilidade e Energia, pela Fundação Crawford, pela National Science Foundation, pela Simons Foundation e pelo NITMB. Colaboradores externos incluíram o Projeto DNAzoo e Olga Dudchenko e Erez Lieberman Aiden, que são membros do corpo docente da Rice University e do Baylor College of Medicine.
