As moscas da neve podem parecer insetos comuns, mas sua estratégia de sobrevivência é tudo menos típica.
Em um novo estudo, cientistas da Universidade Northwestern investigaram como esses pequenos insetos sem asas, que se movem sobre superfícies nevadas para encontrar parceiros e pôr ovos, conseguem sobreviver em condições congelantes. Eles descobriram que as moscas da neve contam com uma surpreendente mistura de ferramentas biológicas. Os insetos podem gerar seu próprio calor corporal, assim como os mamíferos, e produzir proteínas anticongelantes semelhantes às encontradas em peixes do Ártico.
Enquanto a maioria dos insetos não consegue sobreviver abaixo de zero, as moscas da neve permanecem ativas em temperaturas tão baixas quanto -6 graus Celsius (ou 21,2 graus Fahrenheit).
Essas descobertas oferecem novas perspectivas sobre como a vida se adapta a ambientes extremos. Elas também podem ajudar os pesquisadores a desenvolver novas formas de proteger células, tecidos e materiais contra danos causados pelo frio.
O estudo foi publicado em 24 de março na revista Current Biology.
“Insetos são de sangue frio, então estão à mercê das temperaturas externas,” disse Marco Gallio, da Northwestern, que liderou o estudo. “Mas eles têm uma capacidade surpreendente de se adaptar a extremos. Quando fica frio, uma estratégia comum é encontrar abrigo e tornar-se dormente até que as condições melhorem. Mas em vez de desacelerar, as moscas da neve na verdade preferem as condições de frio congelante e se escondem quando a neve derrete e fica quente. Elas realmente ultrapassam os limites do que é possível. Agora descobrimos que as moscas da neve não estão apenas tolerando o frio, mas têm várias formas de combatê-lo.”
Gallio estuda como a temperatura molda a biologia e é o Professor de Pesquisa Soretta e Henry Shapiro em Biologia Molecular, além de professor de neurobiologia na Weinberg College of Arts and Sciences da Northwestern. Ele co-liderou o estudo com Marcus Stensmyr, um professor de biologia na Universidade Lund, na Suécia. Outros colaboradores da Northwestern incluem William Kath da McCormick School of Engineering e Alessia Para da Weinberg. Gallio e Kath também estão afiliados ao Instituto Nacional de Teoria e Matemática em Biologia (NITMB) da NSF-Simons.
Genes Incomuns e Proteínas Anticongelantes
Para entender como as moscas da neve sobrevivem a condições tão severas, os pesquisadores primeiro examinaram sua composição genética. Gallio e sua equipe foram os primeiros a sequenciar o genoma da mosca da neve e compará-lo com insetos relacionados que não são adaptados a ambientes frios. Eles também analisaram o RNA para identificar quais genes são ativamente utilizados para sobreviver em temperaturas congelantes. Essas comparações complexas foram realizadas por Richard Suhendra, um estudante de doutorado que trabalha com Kath.
Os resultados foram inesperados.
“Não conseguimos encontrar muitos dos genes em nenhum banco de dados,” disse Gallio. “Inicialmente, pensei que deveríamos ter sequenciado alguma espécie alienígena. É muito raro um gene ativo, que produz uma proteína, não ter uma correspondência.”
Investigações adicionais mostraram que esses genes incomuns produzem proteínas anticongelantes. Assim como aquelas encontradas em peixes do Ártico, essas proteínas se ligam a cristais de gelo e impedem seu crescimento. Esse processo protege as células de danos durante o congelamento.
“Notavelmente, algumas das proteínas anticongelantes que encontramos estão estruturalmente relacionadas às dos peixes do Ártico,” disse Gallio. “Isso sugere que a evolução encontrou a mesma solução para um problema comum.”
Produção de Calor Ajuda as Moscas da Neve a Permanecer Ativas
A equipe também identificou genes ligados ao uso de energia e processos celulares envolvidos na produção de calor. Isso sugeriu uma 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 serve para produzir calor. Quando entram em hibernação, queimam essa gordura armazenada para produzir calor em vez de energia química. Portanto, de certa forma, as moscas da neve usam uma combinação das estratégias empregadas por ursos polares e peixes do Ártico.”
Bloqueando o Gelo e Criando Calor
Para testar como as proteínas anticongelantes funcionam, Matthew Capek, um estudante de doutorado no Laboratório de Gallio, modificou moscas-das-frutas para produzir uma das proteínas da mosca da neve. Ele então expôs os insetos a temperaturas congelantes em um congelador de laboratório. As moscas modificadas sobreviveram em taxas muito mais altas do que as moscas-das-frutas normais, confirmando que as proteínas agem como barreiras que impedem a propagação do gelo.
Em outro experimento, os pesquisadores testaram se as moscas da neve realmente geram calor. Eles mediram a temperatura interna dos insetos enquanto diminuíam gradualmente a temperatura ao redor abaixo de zero. Durante esse processo, as moscas da neve permaneceram consistentemente ligeiramente mais quentes do que o esperado, em alguns graus Celsius, em comparação com outros insetos.
“Outros insetos, como abelhas e mariposas, tremem para aumentar seu calor,” disse Stensmyr. “Mas não encontramos evidências de tremores. As moscas da neve provavelmente produzem calor em nível celular, de forma mais semelhante a como mamíferos e até algumas plantas geram calor.”
Mesmo um pequeno aumento na temperatura pode ser crítico para a sobrevivência em condições tão extremas. Esse breve aquecimento pode dar às moscas da neve tempo suficiente para encontrar abrigo e evitar o congelamento quando as temperaturas despencam de repente.
Reduzida 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 picada aguda ao tocar gelo ou metal frio. Essa sensação é desencadeada por moléculas reativas nas células que sinalizam ao corpo para evitar danos. Nas moscas da neve, essa 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, esses insetos podem tolerar níveis mais elevados de estresse relacionado ao frio e continuar funcionando em condições que sobrecarregariam a maioria das espécies.
“Acontece que um receptor irritante específico é 30 vezes menos sensível nas moscas da neve do que em mosquitos e moscas-das-frutas,” disse Gallio. “Assim, eles podem lidar com níveis mais altos de irritantes nocivos produzidos pela exposição ao frio.”
Futuras Pesquisas sobre Sobrevivência em Frio Extremo
Os pesquisadores planejam explorar em mais detalhes como as moscas da neve geram calor em nível celular e identificar toda a gama de proteínas anticongelantes que produzem. Esse trabalho pode revelar se outros organismos utilizam estratégias semelhantes para sobreviver em ambientes de frio extremo.
O estudo, “Adaptações moleculares e fisiológicas coordenadas possibilitam atividade em temperaturas subgélidas na mosca da neve Chionea alexandriana,” será publicado no volume de 6 de abril da revista Current Biology e estará na capa. O trabalho realizado nos diversos laboratórios foi parcialmente apoiado pelos Institutos Nacionais de Saúde, pelo Programa de Bolsistas Pew, pela Fundação McKnight, pelo Instituto Paula M. Trienens para Sustentabilidade e Energia, pela Fundação Crafoord, pela Fundação Nacional de Ciências, pela Fundação Simons e pelo NITMB. Colaboradores externos incluíram o projeto DNAzoo e Olga Dudchenko e Erez Lieberman Aiden, que são ambos membros do corpo docente da Universidade Rice e do Baylor College of Medicine.
