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A vida frenética dos diabos vermelhos do mar

Texto de Hanane Hadj-Moussa e Kenneth Storey, da universidade canadense Carleton.


Diabo vermelho abatido | Foto: cc Javier Rubilar/Flickr

Os humanos são uma espécie exigente. Ficamos mais felizes em um ambiente de termômetro quase igual o tempo todo e sofremos lesões graves e frequentemente fatais se nossa temperatura cair abaixo de 25 C ou se o conteúdo de oxigênio do ar descer abaixo de 10 por cento.


Muitas outras espécies, no entanto, vivem em mudanças quase constantes.


Considere a lula-gigante, chamada de diabo vermelho. Ela é conhecida também como lula Humboldt ou lula-jumbo ( Dosidicus gigas).


Essa lula surge todas as noites das profundezas do oceano para algumas horas de alimentação frenética na superfície. Antes do amanhecer, deixa essas águas quentes e afunda de volta no abismo gelado de pressão esmagadora e pouco oxigênio.


Como pesquisadores da bioquímica molecular, queríamos saber como as lulas se adaptavam às mudanças diárias nas condições ambientais impostas por suas vidas verticais.


Ursos, tardígrados e krakens


Apesar das diferenças óbvias entre um animal e o outro, todos os animais compartilham um número considerável de genes semelhantes. De acordo com um estudo de 2005, por exemplo, o genoma do chimpanzé é cerca de 96 por cento semelhante ao genoma humano .


A regulação desses genes permite que os animais se ajustem às mudanças diárias ou sazonais, respondam a estresses ambientais ou tolerem outros estresses, como temperaturas ou pressões extremas.


Epigenética - marcas químicas que alteram a disponibilidade de DNA - e modificações de RNA, que podem silenciar a produção de proteínas, são duas das várias maneiras pelas quais os genes são regulados.


A regulação genética está por trás da hibernação sazonal dos ursos, permite que muitas espécies sobrevivam em ambientes com pouco ou nenhum oxigênio e permite que outras resistam à desidratação extrema.


A regulação genética até permite que algumas criaturas suportem o vácuo espacial gelado, desprovido de oxigênio e cheio de radiação, o que pode estar acontecendo agora com os milhares de tardígrados microscópicos que aterrissaram na Lua em 2019 .


Também é como os krakens sobrevivem no abismo.


Krakens no abismo


Começamos nosso estudo na Experiment , uma plataforma para descobertas científicas, e financiamos coletivamente o apoio de que precisávamos para trabalhar com a lula diabo vermelho no Golfo da Califórnia, entre os dois estados mexicanos de Baja California Sur e Sinoloa.


Em uma noite tranquila e escura no meio do golfo, percebemos uma agitação em torno de nosso barco. Acertamos em cheio!


Um cardume de diabos vermelhos estava subindo centenas de metros das profundezas do oceano até as águas superficiais quentes e oxigenadas para se juntar a um grande frenesi alimentar. Eles comiam principalmente peixes pequenos, mas às vezes havia um pouco de canibalismo.


Antes do aparecimento dos primeiros raios da manhã, eles começaram sua descida tranquila, onde teriam que lidar com a privação de oxigênio (hipóxia), altas pressões e temperaturas quase congelantes.


Capturamos com sucesso várias lulas jumbo juvenis e adultas antes que descessem e as colocamos em tanques de água do mar no navio.


Esses predadores agressivos de dois metros de comprimento ocupam calmamente as profundezas do oceano, deprimindo a expressão de genes global, essencialmente diminuindo o volume da maior parte de seu genoma enquanto ativam um número seleto de genes que promovem sua sobrevivência.


Isso é conhecido como “ depressão da taxa metabólica ” e é a base para a dormência frequentemente associada à hibernação.


O mecanismo central emergindo como uma força motriz vital por trás da supressão metabólica e sobrevivência da lula é a epigenética, ou mais especificamente, a habilidade da lula de alterar seu código epigenético rápida e reversivelmente.


Epigenética da lula assassina


Quebrar a palavra epigenética ajuda a revelar o que é. Primeiro, temos o prefixo grego epi , que significa fora, sobre ou ao redor, e então temos a genética , que se refere ao código do DNA da célula.


Portanto, epigenética é o estudo de mudanças hereditárias e não hereditárias que ocorrem no topo ou ao redor do DNA sem alterar a própria sequência do DNA.


As lulas dependem de mecanismos epigenéticos para sobreviver a extremos ambientais e entrar em um estado de animação suspensa ao diminuir sua taxa metabólica.


Esses mecanismos reduzem as necessidades de oxigênio da lula, desligam processos biológicos não essenciais e evitam os danos de baixas temperaturas.


As ferramentas epigenéticas que alteram a expressão dos genes em lulas e humanos incluem modificações de DNA e histonas e microRNAs.


Adicionar grupos químicos (como grupos metil) ao DNA ou histonas (proteínas que enrolam o DNA) pode alterar a disponibilidade ou função do DNA, tornando-o mais - ou menos - disponível para a maquinaria celular que converte o DNA em proteínas.


As modificações epigenéticas podem ser iniciadas por uma série de fatores, desde as condições ambientais até a dieta. Eles mudam a forma como os genes são expressos.


Embora ainda tenhamos que explorar o estado das modificações do DNA em lulas privadas de oxigênio, nosso estudo de histonas de lulas mostra que as histonas são modificadas para promover a condensação do DNA (ou enrolamento), tornando o DNA menos acessível quando a lula está nas profundezas do oceano.


Este mecanismo crítico permite que a lula economize energia enquanto está privada de oxigênio, já que os genes são desligados quando estão fortemente envolvidos em histonas.

Um terceiro mecanismo que mantém o metabolismo das lulas flexível são os microRNAs .


Esses pequenos pedaços de RNA não codificam para proteínas, mas silenciam os genes ligando-se fisicamente a transcritos de genes e impedindo-os de serem traduzidos em proteínas.


Encontramos microRNAs nos corações e cérebros da lula diabo vermelho que poderiam desacelerar seu metabolismo enquanto estivessem sem oxigênio, ajudando a proteger esses órgãos de danos.


Nos músculos, que fornecem às lulas a propulsão a jato de que precisam para as migrações verticais diárias e para escapar de predadores, encontramos outro microRNA, expresso em condições de baixo oxigênio, que provavelmente suprimiu o crescimento e o uso de energia enquanto a lula estava em seu estado metabolicamente deprimido .


Essas mudanças aparentemente minúsculas têm grandes efeitos, permitindo que a lula diabo vermelho vá e volte da superfície do oceano até o fundo, matando e comendo tudo em seu caminho.


Essas mudanças também têm implicações para a medicina e podem ajudar os pesquisadores a entender - e encontrar soluções inovadoras para - condições de saúde como derrame, isquemia (fluxo sanguíneo e oxigênio inadequados para os órgãos) e transplantes de órgãos.


A natureza já resolveu muitos dos problemas que enfrentamos. Só precisamos descobrir como.


☛ Esse artigo foi republicado do site The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o original em inglês.


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