No entanto, uma nova pesquisa da Stanford, publicada em 9 de setembro na Proceedings of the National Academy of Sciences, revelou que as diatomáceas árticas não estão imobilizadas ou enterradas. Elas não estão apenas sobrevivendo – estão se movendo em direção a novos recordes.

“Não estamos falando de criobiologia de filmes dos anos 80. As diatomáceas estão tão ativas quanto podemos imaginar até que as temperaturas caiam para -15 °C, o que é realmente surpreendente”, comentou Manu Prakash, professor associado de bioengenharia nas Escolas de Engenharia e Medicina e autor principal do estudo.

Essa temperatura (5 °F) é a mais baixa já registrada para movimento de uma célula eucariota – o tipo de células complexas presentes em plantas, animais, fungos e outros organismos, que são definidas pela presença de um núcleo dentro de uma membrana.

“É possível ver as diatomáceas deslizando, como se estivessem patinando sobre o gelo”, disse a autora principal e pós-doutoranda da Stanford, Qing Zhang, que coletou as amostras durante uma expedição no Ártico. Ela e seus colegas demonstraram não apenas a motilidade em temperaturas tão baixas, mas também que seu deslizamento – ou patinação – depende de uma combinação de muco e motores moleculares.

Navegando em um ‘berg’ movimentado

As diatomáceas estudadas nesta pesquisa resultaram de uma expedição de 45 dias no Ártico, no mar de Chukchi, a bordo do navio de pesquisa Sikuliaq, que é de propriedade da National Science Foundation e operado pela Universidade do Alasca Fairbanks. Pesquisadores do Laboratório Prakash e do laboratório de Kevin Arrigo, professor de ciência dos sistemas terrestres na Escola de Sustentabilidade Doerr de Stanford, coletaram núcleos de gelo de 12 estações ao longo do verão de 2023. Utilizando uma variedade de microscópios a bordo do navio, que o Laboratório Prakash vem desenvolvendo há anos, a equipe conseguiu visualizar no interior do gelo e documentar a vida secreta dessas incríveis diatomáceas árticas.

De volta ao laboratório, a equipe extraiu diatomáceas dos núcleos de gelo e recriou seus ambientes em uma placa de Petri, contendo uma fina camada de água doce congelada e uma camada de água salgada muito fria. Quando o gelo se forma no Ártico, ele expulsa sal, resultando em um gelo de água doce com pequenos canais microfluídicos. Assim, o laboratório também criou canais em seu gelo, utilizando seus próprios cabelos.

Mesmo ao reduzir as temperaturas de um microscópio especial abaixo de zero, as diatomáceas deslizavam pelos canais do tamanho de fios de cabelo. Experimentos adicionais, utilizando géis semeados com esferas fluorescentes, rastrearam seus movimentos como pegadas na areia.

A equipe desenvolveu e utilizou microscópios especiais e ambientes experimentais para monitorar como as diatomáceas se movem através do gelo. | Laboratório Prakash

O que é surpreendente é que as diatomáceas deslizaram sem se contorcer, encolher ou usar nenhum apêndice. Em vez disso, elas praticam a técnica que muitas diatomáceas exibem: o deslizamento.

“Elas secretam um polímero, semelhante ao muco de caracol, que adere à superfície, como se fosse uma corda com um âncora”, explicou Zhang. “Então, elas puxam essa ‘corda’ e isso lhes confere a força para avançar.”

O mecanismo de muco depende da actina e da miosina – o mesmo sistema biológico que impulsiona os movimentos musculares humanos. Como essa maquinaria ainda funciona em condições sub-zero é uma questão crucial que o laboratório está investigando. Quando a equipe comparou as diatomáceas árticas com parentes de regiões temperadas deslizando sobre vidro, as espécies polares apresentaram movimentos muito mais rápidos, sugerindo uma vantagem evolutiva.

O quadro maior

O Laboratório Prakash aproveitou ao máximo seu tempo no Ártico e coletou uma abundância de dados em múltiplos projetos, além das diatomáceas. Isso inclui filmagens de drones, capturadas sob o gelo, que mostram de forma vívida o potencial deste trabalho.

“O Ártico é branco por cima, mas abaixo, é verde – um verde absoluto por causa da presença de algas”, afirmou Prakash. “De certa forma, isso faz você perceber que isso não é apenas uma pequena parte, mas uma porção significativa da cadeia alimentar que controla o que acontece sob o gelo.”

As diatomáceas foram coletadas durante a expedição a bordo do navio de pesquisa Sikuliaq. Durante essa viagem, os pesquisadores visitaram uma dúzia de estações de pesquisa e avistaram vários ursos-polares. | Lexi Arlen, Stanford University

Saber que as diatomáceas estão ativas levanta questões mais amplas sobre a adaptação a um ambiente polar em mudança. Elas poderiam estar movimentando recursos através da rede alimentar ártica, nutrindo tudo, desde peixes até ursos-polares? Poderiam até mesmo suas trilhas de muco semear a formação de novo gelo, assim como as pérolas se formam ao redor de grãos de areia?

Normalmente, Prakash não revelaria ideias iniciais sobre esses tipos de questionamentos, mas os riscos desta vez são diferentes, comentou.

“Muitos dos meus colegas estão me dizendo que, nos próximos 25 a 30 anos, não haverá Ártico. Quando ecossistemas são perdidos, perdemos o conhecimento sobre ramificações inteiras em nossa árvore da vida”, afirmou, observando que cortes severos projetados no orçamento da National Science Foundation devem reduzir o financiamento para pesquisa polar em 70%. “Eu sinto uma urgência em muitos desses sistemas, pois, no final das contas, a infraestrutura e a capacidade de operar são críticas para a descoberta.”

Para mais informações

Prakash também é bolsista sênior no Stanford Woods Institute for the Environment, professor associado, por consideração, de biologia e oceanos, membro do Stanford Bio-X, da Aliança de Desempenho Humano Wu Tsai, do Instituto de Pesquisa em Saúde Materno-infantil e do Instituto de Neurociências Wu Tsai. Outros autores incluem a estudante de pós-graduação Hope T. Leng, Hongquan Li, PhD ’23, e Kevin Arrigo. Arrigo é o professor Donald e Donald M. Steel de Ciências da Terra, um bolsista sênior no Stanford Woods Institute for the Environment e membro do Bio-X.

Esta pesquisa foi financiada pela National Science Foundation, uma bolsa DARE da Stanford VPGE, o Programa de Ciência Fronteiriça Humana, a Moore Foundation, a Schmidt Foundation e a Dalio Foundation. Parte deste trabalho foi realizado na Cell Sciences Imaging Facility da Stanford University.