Nas profundezas escuras do oceano, a comida pode ser tão escassa que os animais podem passar meses ou até anos entre as refeições. No entanto, um animal levou ao extremo os limites da frugalidade. Foi documentado que isópodes supergigantes do fundo do mar, um parente distante dos percevejos que podem crescer mais de trinta centímetros de comprimento, sobrevivem sem comida por mais de cinco anos.
Os cientistas há muito que sabem desta notável resistência, mas têm dificuldade em explicar como um animal tão grande poderia incorrer em enormes custos de energia para manter o seu corpo num dos ecossistemas mais pobres em nutrientes da Terra.
Agora, num novo estudo, uma equipa de investigadores chineses descobriu como os isópodes gigantes parecem resolver um problema que deveria ser teoricamente impossível. A resposta envolve um sistema digestivo altamente especializado e um gene emprestado de micróbios.
“Esses resultados revelam uma estratégia evolutiva excepcional pela qual a megafauna do fundo do mar coopta e otimiza epigeneticamente genes microbianos exógenos para reconciliar o conflito metabólico entre o gigantismo que exige energia e a extrema limitação de energia”, autores do estudo. Observação.
Um corpo de festa ou fome construído para o abismo
O gigantismo geralmente vem com altas demandas de energia. No entanto, os ecossistemas de águas profundas são definidos por escassez crónica de alimentos. Observações anteriores mostraram que os isópodes gigantes podiam sobreviver durante anos quando havia comida presente e depois ficar sem comida, mas esta era uma explicação muito vaga e sem suporte.
Uma nova investigação sugere que os animais resolveram o problema com uma estratégia dupla que lhes permite armazenar grandes quantidades de comida quando surge a oportunidade e reduz drasticamente a taxa a que queimam energia posteriormente.
Para compreender como os isópodes gigantes sobrevivem tanto tempo sem comida, os investigadores compararam duas espécies intimamente relacionadas que vivem em profundidades diferentes. era um Bathynomus jamesiiUm isópode supergigante foi encontrado a uma profundidade de cerca de 898 metros, enquanto outro foi encontrado Bathynomus doederleiniUma espécie pequena que vive cerca de 300 metros abaixo da superfície.
Eles examinaram a composição corporal dos animais, mediram características fisiológicas, analisaram seus genomas e investigaram os micróbios que vivem dentro de seus sistemas digestivos para identificar características que poderiam explicar sua resiliência incomum.
A primeira pista veio do sistema digestivo dos isópodes. A equipe descobriu que espécies de águas profundas (b. jamesy) tem um estômago anormalmente aumentado que pode reter alimentos por longos períodos de tempo. Por exemplo, nos indivíduos maiores, o estômago ocupa cerca de dois terços da cavidade corporal, muito maior do que nos seus parentes de águas rasas.
Num ambiente onde uma grande carcaça pode ser o único alimento substancial que um animal encontra durante meses ou mesmo anos, esta adaptação permite ao isópode consumir grandes quantidades de comida numa única refeição e processá-la lentamente ao longo do tempo.
Diz-se que um indivíduo em cativeiro comeu 2,6 quilos de comida por vez. Os investigadores dizem que esta hiperfagia episódica, essencialmente uma estratégia de alimentação de banquete ou fome, ajuda os animais a capitalizarem oportunidades raras de alimentação.
Eles também descobriram que seus estômagos hospedam uma comunidade microbiana distinta, rica em bactérias associadas ao metabolismo lipídico, sugerindo que o microbioma pode desempenhar um papel na forma como os animais gerenciam o armazenamento de energia nos alimentos. Os pesquisadores descobriram que esse estômago grande funciona junto com uma taxa metabólica basal excepcionalmente baixa, o que permite que os nutrientes armazenados sejam liberados e usados lentamente por longos períodos de tempo.
“Os isópodes do fundo do mar têm uma estratégia de sobrevivência inteligente de ‘alta renda e baixo custo'”, disse Jianbo Yuan, pesquisador principal e professor do Instituto de Oceanologia da Academia Chinesa de Ciências. dizer Reuters.
Genes bacterianos que ensinam um animal a desacelerar
Os pesquisadores também sequenciaram o genoma do isópode. Lá eles identificaram um gene chamado ND1que parece ter entrado na linhagem evolutiva dos isópodes através da transferência horizontal de genes – um processo no qual o DNA é passado entre organismos não relacionados, em vez de ser herdado de pai para filho. Tais transferências são comuns em micróbios, mas relativamente incomuns em animais.
“Isso é surpreendente porque bactérias e animais são muito diferentes, e esse tipo de transferência é extremamente raro. O gene dá ao isópode uma ferramenta adicional para ajustar seu uso de energia, especialmente quando precisa desacelerar”, acrescentou Yuan.
A equipe encontrou evidências de que uma antiga versão microbiana ND1 Seus ancestrais incluíram b. jamesy. Com o tempo, o gene foi copiado várias vezes e produziu níveis de expressão anormalmente elevados, amplificando o seu efeito.
Os pesquisadores também descobriram que sua atividade é regulada pela acetilação de histonas, um processo epigenético que ajuda a ativar ou desativar genes sem alterar a sequência do DNA.
para verificar se ND1 Desempenhando um papel na conservação de energia, os cientistas inseriram o gene em peixes-zebra, nematóides e células cultivadas. Foi revelado no experimento ND1 se comporta de maneira diferente dependendo das condições ambientais.
Em temperaturas normais, o gene aumenta a atividade metabólica, mas em condições frias, como as encontradas no fundo do mar, suprime a atividade dos genes envolvidos na produção de energia e reduz a função mitocondrial, ajudando o organismo a conservar energia durante a fome.
Quando o metabolismo é ainda mais suprimido pelo frio, os organismos que expressam o gene sobrevivem mais tempo sem comida do que aqueles que não faltavam. No peixe-zebra, por exemplo, ND1 37 por cento aumentaram a sobrevivência à fome em condições de frio.
Segundo os investigadores, isto sugere que o gene ajuda a reduzir as necessidades energéticas básicas do corpo quando os alimentos são escassos, permitindo que as reservas de energia armazenadas durem significativamente mais tempo.
Um novo plano para uma sobrevivência impossível
Juntos, os resultados revelam uma estratégia dupla de sobrevivência. O isópode gigante primeiro maximiza a ingestão de energia através de um grande órgão de armazenamento de alimentos e depois minimiza o gasto energético através de um programa genético modulador do metabolismo.
Esta combinação pode explicar como as espécies preenchem grandes lacunas nas oportunidades de alimentação no fundo do mar. Ainda fornece um exemplo claro de como animais de grande porte podem sobreviver em ambientes onde a energia é escassa.
“Nosso trabalho não apenas explica o mistério da tolerância ultralonga à fome em isópodes de águas profundas, mas também fornece um paradigma importante para a compreensão de como a vida equilibra o crescimento e a sobrevivência em ambientes extremos”, disse Yuan. disse.
Além disso, o estudo sugere que a transferência horizontal de genes pode desempenhar um papel maior na adaptação animal do que se pensava anteriormente. Por exemplo, no caso dos isópodes gigantes, a investigação sugere que o ADN emprestado pode fornecer atalhos evolutivos para a adaptação a ambientes por vezes extremos.
Mas, ao mesmo tempo, muitas questões permanecem sem resposta. Os testes mostram que ND1 O laboratório pode alterar a actividade metabólica do organismo, mas os investigadores ainda precisam de determinar exactamente como o gene interage com o sistema biológico local do isópode e se existem mecanismos semelhantes noutras espécies de águas profundas.
Esperançosamente, trabalhos futuros fornecerão respostas a estas questões e revelarão se o empréstimo de genes da linha germinativa é uma estratégia evolutiva comum entre os animais.
D Estudar publicado na revista célula.
