Em um estudo recente, cientistas da Universidade Northwestern examinaram como esses pequenos insetos sem asas, que se movem sobre superfícies nevadas para encontrar parceiros e depositar ovos, conseguem sobreviver em condições congelantes. Eles descobriram que os mosquitos da neve utilizam uma combinação surpreendente de ferramentas biológicas. Esses insetos são capazes de gerar calor corporal, como os mamíferos, e produzem proteínas antigelo similares às encontradas em peixes do Ártico.

Enquanto a maioria dos insetos não suporta temperaturas abaixo de zero, os mosquitos da neve permanecem ativos a temperaturas tão baixas quanto -6 graus Celsius.

Essas descobertas oferecem novas perspectivas sobre como a vida se adapta a ambientes extremos. Além disso, podem auxiliar pesquisadores no desenvolvimento de novas maneiras de proteger células, tecidos e materiais contra danos causados pelo frio.

O estudo foi publicado em 24 de março na revista Current Biology.

“Os insetos são de sangue frio, portanto estão à mercê das temperaturas externas,” declarou Marco Gallio, da Northwestern, que liderou o estudo. “Mas eles possuem uma capacidade impressionante de se adaptar a extremos. Quando as temperaturas caem, uma estratégia comum é encontrar abrigo e entrar em inatividade até que as condições melhorem. No entanto, em vez de desacelerarem, os mosquitos da neve realmente preferem condições geladas e nevadas, escondendo-se quando a neve derrete e o calor retorna. Eles realmente ultrapassam os limites do que é possível. Agora descobrimos que os mosquitos da neve não estão apenas tolerando o frio; eles têm várias maneiras de combatê-lo.”

Gallio estuda como a temperatura molda a biologia e ocupa o cargo de Professor de Pesquisa Soretta e Henry Shapiro em Biologia Molecular, além de ser professor de neurobiologia no Weinberg College of Arts and Sciences da Northwestern. Ele co-liderou o estudo com Marcus Stensmyr, professor de biologia na Universidade de Lund, na Suécia. Outros colaboradores da Northwestern incluem William Kath, da Escola de Engenharia McCormick, e Alessia Para, do Weinberg. Gallio e Kath também estão afiliados ao Instituto Nacional de Teoria e Matemática em Biologia (NITMB) da NSF-Simons.

Genes Incomuns e Proteínas Antigelo

Para entender como os mosquitos da neve sobrevivem a tais condições severas, os pesquisadores inicialmente examinaram seu material genético. Gallio e sua equipe foram os primeiros a sequenciar o genoma do mosquito da neve e compará-lo com insetos relacionados que não se adaptaram a ambientes frios. Eles também analisaram 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. “No início, pensei que deveríamos ter sequenciado alguma espécie alienígena. É muito raro que um gene ativo, que produz uma proteína, não tenha uma correspondência.”

Investigações adicionais revelaram que esses genes incomuns produzem proteínas antigelo. Assim como as encontradas em peixes do Ártico, essas proteínas se ligam a cristais de gelo e evitam que cresçam, protegendo as células de danos durante o congelamento.

“Remarkably, algumas das proteínas antigelo que encontramos são estruturalmente relacionadas às dos peixes do Ártico,” comentou Gallio. “Isso sugere que a evolução encontrou a mesma solução para um problema comum.”

Produção de Calor Ajuda os Mosquitos da Neve a Permanecer Ativos

A equipe também identificou genes vinculados ao uso de energia e processos celulares envolvidos na produção de calor. Isso sugeriu uma habilidade inesperada. Os mosquitos da neve não apenas resistem ao congelamento; eles também geram seu próprio calor.

“Encontramos genes que, em animais maiores, estão associados à termogênese mitocondrial em tecido adiposo marrom,” explicou Gallio. “Muitos animais, como marmotas e ursos polares, possuem gordura marrom, que serve para produzir calor. Quando entram em hibernação, queimam essa gordura armazenada para gerar calor em vez de energia química. Portanto, de certa forma, os mosquitos da neve utilizam uma combinação das estratégias adotadas por ursos polares e por peixes do Ártico.”

Bloqueio do Gelo e Criação de Calor

Para testar como as proteínas antigelo funcionam, Matthew Capek, um estudante de doutorado no Laboratório de Gallio, modificou moscas-da-fruta para produzir uma das proteínas do mosquito da neve. Em seguida, ele as expôs a temperaturas congelantes em um freezer de laboratório. As moscas modificadas sobreviveram em taxas muito mais altas do que as moscas-da-fruta normais, confirmando que as proteínas agem como barreiras que impedem a propagação do gelo.

Em outro experimento, os pesquisadores testaram se os mosquitos da neve realmente geravam calor. Eles mediram a temperatura interna dos insetos enquanto diminuíam gradualmente a temperatura ao seu redor abaixo de zero. Durante esse processo, os mosquitos da neve permaneceram consistentemente ligeiramente mais quentes do que o esperado, por 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. Os mosquitos da neve, ao invés disso, provavelmente geram calor a nível celular, de forma mais semelhante a mamíferos e até mesmo algumas plantas.”

Mesmo um pequeno aumento na temperatura pode ser crítico para a sobrevivência em condições tão extremas. Esse breve aquecimento pode proporcionar aos mosquitos da neve tempo suficiente para encontrar abrigo e evitar o congelamento quando as temperaturas caem repentinamente.

Reduzida Sensibilidade à Dor do Frio

Os mosquitos da neve também parecem ser menos sensíveis aos efeitos dolorosos do frio extremo. A maioria das pessoas reconhece a picada aguda de tocar em gelo ou metal frio. Essa sensação é desencadeada por moléculas reativas nas células que sinalizam ao corpo para evitar danos. Nos mosquitos 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 nos mosquitos da neve do que em outros insetos. Como resultado, esses insetos podem tolerar níveis mais altos de estresse relacionado ao frio e continuar funcionando em condições que overwhelmed a maioria das espécies.

“Descobrimos que um receptor irritante específico é 30 vezes menos sensível nos mosquitos da neve do que em mosquitos e moscas-da-fruta,” disse Gallio. “Portanto, eles conseguem lidar com níveis mais altos de irritantes nocivos produzidos pela exposição ao frio.”

Pesquisas Futuras sobre Sobrevivência em Frio Extremo

Em seguida, os pesquisadores planejam explorar em mais detalhe como os mosquitos da neve geram calor a nível celular e identificar a gama completa de proteínas antigelo 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 permitem a atividade a temperaturas sub-congelantes no mosquito da neve Chionea alexandriana,” será publicado na edição de 6 de abril na 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 Ciência, 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.