As moscas da neve podem parecer insetos comuns, mas sua estratégia de sobrevivência é tudo menos comum.
Num novo estudo, cientistas da Northwestern University investigaram como estes pequenos insectos sem asas, que viajam através de superfícies geladas para encontrar parceiros e pôr ovos, sobrevivem a condições congeladas. Eles descobriram que as moscas da neve dependem de uma mistura surpreendente de ferramentas biológicas. Os insetos podem gerar seu próprio calor corporal, como os mamíferos, e produzir proteínas anticongelantes, como os peixes do Ártico.
Embora a maioria dos insetos não consiga sobreviver abaixo de zero, as moscas da neve são ativas em temperaturas tão baixas quanto -6 graus Celsius (ou 21,2 graus Fahrenheit).
Essas descobertas fornecem novos insights sobre como a vida se adapta a ambientes extremos. Eles podem ajudar os pesquisadores a desenvolver novas maneiras de proteger células, tecidos e componentes dos danos causados pelo frio.
O estudo foi publicado em 24 de março na revista Biologia Atual.
“Os insetos têm sangue frio, por isso estão à mercê das temperaturas externas”, disse Marco Gallio, da Northwestern, que liderou o estudo. “Mas eles têm uma capacidade impressionante de se adaptar a extremos. Quando está frio, uma estratégia comum é encontrar abrigo e permanecer adormecidos até que as condições melhorem. Mas, em vez de desacelerar, as moscas da neve preferem o frio congelante e as condições de neve e se escondem quando a neve derrete e esquenta. Eles realmente ultrapassam os limites do que é possível agora. Ao suportar o frio, eles têm várias maneiras de resistir. “
Gallio estuda como a temperatura molda a biologia e é Professor Pesquisador de Biologia Molecular Soretta e Henry Shapiro, bem como Professor de Neurobiologia no Weinberg College of Arts and Sciences da Northwestern. Ele co-liderou o estudo com Markus Stenmayer, professor de biologia na Universidade de Lund, na Suécia. Outros contribuidores da Northwestern incluem William Kath, da Escola de Engenharia McCormick, e Alecia Para, 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 são os primeiros a sequenciar o genoma da mosca da neve e compará-lo com insetos relacionados que não estão adaptados a ambientes frios. Eles analisaram o RNA para identificar quais genes foram usados ativamente para sobreviver a temperaturas congelantes. Essas comparações complexas foram realizadas por Richard Suhendra, Ph.D. Estudante trabalhando com Cath.
Os resultados foram inesperados.
“Não encontramos muitos genes em nenhum banco de dados”, disse Gallio. “No início, pensei que devíamos ter sequenciado algumas espécies exóticas. É muito raro que um gene ativo, que produz uma proteína, não tenha correspondência.”
Investigações adicionais revelaram que esses genes anormais produzem proteínas anticongelantes. Tal como 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 encontramos estão, na verdade, estruturalmente relacionadas aos peixes do Ártico”, disse Gallio. “Isso sugere que a evolução chegou à mesma solução para um problema comum.”
A produção de calor ajuda as moscas da neve a permanecerem ativas
A equipe também identificou genes associados a processos celulares envolvidos no uso de energia e produção de calor. Isso sugeriu outra habilidade inesperada. As moscas da neve não apenas resistem ao congelamento, mas também geram seu próprio calor.
“Encontramos genes envolvidos na termogênese mitocondrial no tecido adiposo marrom de animais de grande porte”, disse Gallio. “Muitos animais, como marmotas e ursos polares, possuem gordura marrom, que gera calor. Quando hibernam, queimam essa gordura armazenada para gerar calor em vez de produzir energia química. Assim, de certa forma, as moscas da neve usam uma combinação de estratégias usadas pelos ursos polares e peixes do Ártico.”
Bloqueando o gelo e criando calor
Para testar como funcionam as proteínas anticongelantes, Matthew Capek, Ph.D. estudante do laboratório Gallio, para fazer uma das proteínas modificadas da mosca da neve da mosca da fruta. Ele então os expôs a temperaturas congelantes em um freezer de laboratório. As moscas mutantes sobreviveram a uma taxa muito mais elevada do que as moscas da fruta normais, confirmando que as proteínas actuam como barreiras que impedem a propagação do gelo.
Noutra experiência, os investigadores testaram se as moscas da neve realmente geram calor. Eles medem a temperatura interna do inseto enquanto baixam gradualmente a temperatura ambiente abaixo de zero. Durante esse processo, as moscas da neve ficam consistentemente ligeiramente mais quentes do que o esperado em vários graus Celsius em comparação com outros insetos.
“Outros insetos, como abelhas e mariposas, tremem para aumentar o calor”, disse Stensmire. “Mas não encontramos nenhuma evidência de tremores. Em vez disso, as moscas da neve provavelmente geram calor no nível celular, da mesma forma que 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 aquecimento pode dar às moscas da neve tempo suficiente para encontrar abrigo e evitar o congelamento se as temperaturas caírem repentinamente.
Menos sensibilidade à dor fria
As moscas da neve também parecem ser menos sensíveis aos efeitos dolorosos do frio extremo. A maioria das pessoas reconhece a dor aguda ao tocar no gelo ou no metal frio. Essa sensação é desencadeada por moléculas reativas na célula que sinalizam ao corpo para evitar danos. Nas moscas da neve, esta resposta é significativamente reduzida.
Gallio e sua equipe descobriram que uma proteína sensorial chave envolvida na detecção de estímulos nocivos é muito menos responsiva nas moscas da neve do que em outros insetos. Como resultado, estes insectos podem suportar elevados níveis de stress relacionado com o frio e continuar a funcionar em condições que sobrecarregam a maioria das espécies.
“Acontece que um receptor irritante específico é 30 vezes menos sensível nas moscas da neve do que nos mosquitos e nas moscas da fruta”, disse Gallio. “Portanto, eles podem se adaptar a níveis mais elevados de irritantes nocivos produzidos pela exposição ao frio”.
Pesquisas futuras sobre sobrevivência ao frio extremo
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. Este trabalho pode revelar se outros organismos usam estratégias semelhantes para sobreviver em ambientes de frio extremo.
O estudo, “Adaptações moleculares e fisiológicas coordenadas permitem atividade em temperaturas abaixo de zero na mosca da neve Chionia alexandriana”, aparece no volume de 6 de abril da revista Biologia Atual e recursos na capa. O trabalho em vários laboratórios foi apoiado em parte pelos Institutos Nacionais de Saúde, Programa Pew Scholars, Fundação McKnight, Instituto Paula M. Triens de Sustentabilidade e Energia, Fundação Crawford, Fundação Nacional de Ciência, Fundação Simmons e NITMB. Colaboradores externos incluíram o projeto DNAzoo e Olga Dudchenko e Erez Lieberman Ayden, membros do corpo docente da Rice University e do Baylor College of Medicine.
