A terra está quente e úmida. O mar está cheio de vida. As primeiras lulas, enguias e vermes marinhos atacavam animais menores. No entanto, não houve movimento no terreno. Os animais ainda não desembarcaram. Esta era a aparência da Terra no final do Período Ordoviciano, cerca de 450 milhões de anos atrás. As águas quentes criam condições perfeitas para a vida selvagem. Mas isso poderá mudar em breve. Logo depois, a terra começou a congelar e as camadas de gelo começaram a se espalhar.


Springtails são antigos. Eles apareceram pela primeira vez há mais de 400 milhões de anos e podem compartilhar um ancestral comum com os insetos. Desde então, porém, eles evoluíram em uma direção diferente da dos insetos. Sabemos agora que foram os primeiros animais a desenvolver proteínas anticongelantes. Fonte da imagem: Philippe Garcelon/Wikimedia Commons

A água que antes era quente e hospitaleira para a vida selvagem tornou-se fria e inabitável. Espécies após espécies sucumbiram. Num curto período de tempo, metade de toda a vida foi exterminada como parte da segunda pior extinção em massa da história da Terra.

A vida durante o período Ordoviciano parecia muito diferente da que é hoje. A terra é árida e sem vida, mas o mar está cheio de vida. As lulas e as anêmonas do mar retratadas aqui são particularmente dominantes. Mas os colêmbolos também estão presentes nesta época. Fonte da imagem: FritzGeller-Grimm/WikimediaCommons

Springtails: sobreviventes com proteínas anticongelantes

Porém, um dos animais que sobreviveram foi o colêmbolo. Um pequeno animal parecido com um inseto desenvolveu uma estratégia especial para combater o frio. As células animais começaram a produzir proteínas que protegem as células do congelamento.

Springtails podem ter sido os primeiros animais a produzir proteínas anticongelantes. Anteriormente, os cientistas pensavam que os animais só começaram a fazer isso muito mais tarde. Uma pesquisa da Universidade de Aarhus e da Queen's University, no Canadá, mostra isso.

"Sabemos que as proteínas anticongelantes se desenvolveram de forma independente muitas vezes na história evolutiva. Os peixes as possuem. Os insetos as possuem. Algumas aranhas as possuem. Mas até vermos esses resultados, não tínhamos ideia de que elas se desenvolveram tão cedo no mundo animal", diz Martin Holmstrup.

Ele é professor do Departamento de Ciências Ecológicas da Universidade de Aarhus e um dos pesquisadores do novo estudo.

Springtails podem ser encontrados em todos os lugares - inclusive em seu jardim

Springtails são animais pequenos, com as espécies maiores com apenas seis milímetros de comprimento. Possui seis patas e dois tentáculos na frente. À primeira vista parecem insetos, mas não são. Na verdade, tem o seu próprio ramo na árvore evolutiva.

Até agora, os pesquisadores descobriram mais de 9.000 espécies diferentes de colêmbolos, e eles podem ser encontrados em quase todos os lugares, inclusive no seu jardim. Os vermes colêmbolos geralmente vivem nas camadas superiores do solo ou na serapilheira, alimentando-se de pequenos fungos, bactérias e outros microorganismos.

O nome do animal vem da cauda bifurcada, que fica presa sob o corpo como a haste de uma catapulta. A cauda também é chamada de cauda bifurcada e, se for atacado por um inimigo (como um tigre), o animal pode soltar rapidamente a cauda e pular até 10 centímetros no ar.

Os colêmbolos são benéficos para a saúde do solo porque ajudam a reciclar nutrientes nas plantas.

Martin Holmstrup cria quase 20 espécies diferentes de colêmbolos em laboratório. Animais pequenos não precisam de muito espaço. Uma colônia inteira poderia viver em uma tigela de vidro, disse ele. “Colocamos em uma placa de Petri com base de gesso, que os mantém úmidos. Como ração, damos a eles um pouco de fermento seco. É basicamente tudo o que eles precisam”, disse.

Springtails do laboratório de Martin foram usados ​​no experimento. Ele enviou amostras dos animais para três colegas no Canadá, que conduziram uma série de experimentos moleculares para descobrir quando os animais produziram pela primeira vez proteínas anticongelantes.

Como os investigadores conhecem a sequência de ADN que permite às células construir proteínas anticongelantes, podem procurar as mesmas sequências entre espécies, famílias e classes. Eles também podem calcular quando ocorreu a mutação que deu origem ao gene: o período Ordoviciano.

"Os cálculos mostram que os colêmbolos produziam proteínas anticongelantes muito antes de outros animais. Isso só aconteceu um milhão de anos depois em peixes e insetos. Embora plantas e microorganismos, como bactérias e algas unicelulares, possam ter desenvolvido mecanismos semelhantes muito antes", disse ele.

Como encontrar colêmbolos

Martin Holmstrup e seus colegas do Departamento de Ciências Ecológicas coletaram eles próprios os colêmbolos para o laboratório. Eles se reuniram na Dinamarca, Islândia e Groenlândia.

Não são difíceis de encontrar e você pode até encontrá-los no seu próprio jardim.

Basta seguir estas etapas:

Pegue um punhado de terra ou folhas do jardim e coloque em uma peneira.

Coloque a luz ajustável sobre a peneira e coloque a bandeja sob a peneira.

O calor das luzes faz com que os colêmbolos procurem ambientes mais frescos. Isso fará com que eles caiam pela peneira e caiam na bandeja, onde você os encontrará rastejando.

Embora você possa encontrar colêmbolos em quase qualquer lugar do mundo, o Ártico tem mais colêmbolos do que qualquer outro lugar. Apenas um punhado de outros animais terrestres consegue sobreviver ao frio da Groenlândia e do Canadá, o que significa que os colêmbolos podem se alimentar de bactérias e fungos sem serem perturbados.

“As proteínas anticongelantes superfortes dos colêmbolos permitem-lhes sobreviver em áreas frias, onde só têm de partilhar a sua comida com alguns outros vermes e insectos. E não têm muitos inimigos naturais”, diz Martin Holmstrup.

No inverno, quando as temperaturas do Ártico caem, os colêmbolos começam a produzir proteínas anticongelantes. Eles também são chamados de “proteínas de ligação ao gelo” porque podem se fixar na superfície de minúsculos cristais de gelo e impedir que cresçam. Quando o solo congela, os animais terrestres entram em contato próximo com os cristais de gelo, de modo que as proteínas anticongelantes desempenham um papel importante na prevenção de que o gelo se espalhe pelo corpo do animal e o mate.

"Como nós e a maioria dos outros animais, os colêmbolos não podem sobreviver se o seu 'sangue' congelar. As proteínas anticongelantes ajudam a prevenir isso", disse ele.

Springtails vêm em vários formatos e tamanhos, com mais de 9.000 espécies diferentes. Este é apenas o número de espécies que encontramos. Os pesquisadores estimam que haja o dobro ou mais de espécies de colêmbolos. Crédito da imagem: Andy Murray/Wikimedia Commons

seco como passas

No entanto, esta proteína especial não é a única capacidade dos colêmbolos de sobreviver ao frio do Ártico; eles têm outra forma de sobrevivência.

"Como todo ser vivo tem moléculas de água dentro de suas células, somos muito suscetíveis a temperaturas congelantes. Se a água congela, as células são destruídas. Para evitar isso, os colêmbolos secam e entram em uma espécie de hibernação durante o inverno", explica Martin Holmstrup.

Quando os colêmbolos hibernam, seu metabolismo fica tão lento que os cientistas não conseguem medi-lo. No entanto, quando chega a primavera, eles absorvem água de volta ao corpo e reiniciam o metabolismo.

“Você pode compará-los a uvas sendo secas e transformadas em passas, um processo que lembra a liofilização. Durante o inverno, os colêmbolos encolhem e se tornam criaturas pequenas e enrugadas.

Também encontrado em peixes que deveriam ter sido congelados até a morte

A forma como certas espécies animais sobrevivem nas regiões mais frias da Terra tem sido um mistério há anos. Foi só em meados do século passado que os cientistas descobriram as proteínas anticongelantes que permitem aos animais enfrentar o frio.

Durante décadas, os cientistas se perguntaram como os peixes do Ártico conseguem nadar em águas tão frias quanto -1,8 graus Celsius. A água do mar tem um ponto de congelamento baixo devido ao seu teor de sal. O sangue dos peixes, por outro lado, tem um ponto de congelamento de -1 graus Celsius, o que significa que eles não podem evitar o congelamento na água.

"Como os peixes sobrevivem em águas geladas tem sido um mistério. No entanto, no final da década de 1960, o pesquisador americano Arthur DeVries conseguiu isolar proteínas encontradas nos peixes do Ártico, que ele descobriu impedirem a formação de gelo nas células e no sangue dos peixes, mesmo que o peixe tenha sido super-resfriado durante toda a sua vida", explica Martin Holmstrup.

Desde então, os pesquisadores descobriram proteínas anticongelantes em muitos outros animais, plantas e microorganismos. Estas proteínas anticongelantes são agora utilizadas pela indústria.

História e aplicações de proteínas anticongelantes

Hoje, muitos alimentos são comprados e vendidos como refeições congeladas. O problema, porém, é que os alimentos congelados podem mudar se os cristais de gelo começarem a se formar. Freqüentemente, reduzem o sabor e a textura dos alimentos.

No entanto, esta condição pode ser evitada com proteínas anticongelantes especiais, explica Martin Holmstrup:

“O gene que codifica a proteína anticongelante de peixe foi copiado em culturas de células de levedura industrial. Isto permite que a levedura produza proteínas muito úteis que podem então ser adicionadas a diferentes alimentos”, disse ele.

Um dos alimentos particularmente potentes em proteínas é o sorvete.

"Eu sei que a Unilever usa proteínas em seus sorvetes, pois elas ajudam a criar uma textura realmente adorável. O sorvete também pode ser descongelado e recongelado sem se transformar em cristais de gelo duros. No longo prazo, esse efeito poderia ser usado para criopreservação de órgãos transplantados. Outras indústrias, como a aeroespacial e de turbinas eólicas, também estão fazendo experiências com essas proteínas. Eles esperam que essas proteínas protejam as asas das aeronaves contra a formação de gelo e a necessidade de serem descongeladas."