 crédito fotográfico: Mike Lucibella |
(da esquerda para a direita) Jacob Idec, Scott Hotaling e J. D. Gantz search for midge larvae in moss atop a rocky hill on an island near Palmer Station. |
o Que os Genes da Antártida é Dura Pouco Midge Pode Nos Dizer
os Cientistas estão tendo uma visão de perto da Antártida maior animal terrestre.
é um pequeno inseto chamado de midge Antártica, e eles não crescem muito maior do que uma unha. Há um monte de perguntas persistentes sobre esses critters, e pesquisadores estão esperando que um amplo estudo de seu genoma minúsculo pode começar a revelar algumas respostas.
em fevereiro e março, uma equipe de cientistas navegou no navio de pesquisa Laurence M. Gould ao longo da costa da Península Antártica, conduzindo o estudo mais abrangente da midge Antártica ainda.Scott Hotaling coloca cuidadosamente uma larva de midge num frasco de amostra. A equipe planeja usar esses insetos para criar um mapa genético de sua propagação através da Península Antártica.
“fomos capazes de coletar mosquitos que vivem em lugares diferentes e experimentar diferentes ambientes”, disse Nicholas Teets da Universidade de Kentucky e principal investigador do projeto. “Nós vamos olhar para sua composição genética subjacente para ver como sua composição genética difere nestas diferentes partes da Antártica.”
ao comparar seus mapas genéticos, eles esperam aprender mais sobre como esses insetos têm persistido no continente mais duro por milhões de anos, e o que o futuro pode ter para eles.”Estamos interessados em como essas populações chegaram a estar onde estão ao longo da história da Antártica”, disse Teets.
o projeto é apoiado pela National Science Foundation, que gere o programa Antártico dos Estados Unidos.
sem formigas na Antártica
embora os insetos sejam onipresentes em todo o mundo, eles são um pouco de uma aberração na Antártica.
“os insectos são incrivelmente raros na Antárctica. Houve um milhão de espécies de insetos encontrados no Planeta Terra e apenas três insetos podem ser encontrados na Antártica, então é um lugar muito difícil para os insetos viverem”, disse Teets. “Estamos interessados em como eles podem fazer isso, quais são as adaptações especiais únicas que eles têm que lhes permitem lidar com esses ambientes Antárticos extremos.”
dessas três espécies, apenas a Antártica belga, mais conhecida como midge Antártica, é verdadeiramente nativa do continente congelado. São criaturas muito resistentes, e têm de ser para viver e prosperar no continente mais duro.
“eles são o que nós consideramos um poli-extremófilo, o que significa que eles são altamente tolerantes de um monte de diferentes tipos de estresse”, Teets disse.Vivem e prosperam em condições extremamente frias e secas, ambientes que a maioria dos seres vivos achariam absolutamente letais.
“the Antarctic midge places a bound on a lot of those things”, said Scott Hotaling, a post-doctoral researcher at Washington State University. “É o inseto vivo mais meridional do mundo. É um dos mais tolerantes ao frio. É um dos mais tolerantes à dessecação. Tem o menor genoma, e é o único inseto que é endêmico na Antártica.”
os investigadores estão eles próprios a trabalhar para compreender os limites do tipo de condições extremas que os midges podem tolerar, e como é que isso acontece.
“nosso trabalho começou como tolerâncias fisiológicas básicas; como eles estão sobrevivendo aqui e o que eles são capazes de tolerar”, disse J. D. Gantz, um fisiologista no Hendrix College. “evoluiu para fazer perguntas sobre o quão bem este inseto se dispersa, o quão bem ele é capaz de ir de um lugar para outro e como isso afeta o fluxo gênico entre as populações e, também, o que combina com tolerâncias fisiológicas nesse animal de população para população.”
estes insectos evoluíram de alguma forma para lidar com as temperaturas subzero da Antárctida. Uma das esperanças é que ao aprender como essas insetos se adaptaram ao congelamento sólido por mais de metade do ano, os pesquisadores podem transferir algumas dessas técnicas para outros fins.”Meu laboratório também está interessado em criopreservação, ou na capacidade de armazenar coisas no frio por um longo tempo”, disse Teets. “Parte do nosso objetivo para o estudo de adaptações em espécies como a Antártida, midge, que já são realmente bons no congelamento, é para ver se algumas das informações que poderiam ser aplicadas para ajudar a congelar outras coisas, e talvez ainda mais no futuro, as idéias de espécies como o midge poderia ser usado para melhorar a criopreservação de tecidos e órgãos.”
frigoríficos de Midge
para estudar a midge Antártica, a equipe primeiro teve que sair e encontrar alguns. A equipe de campo navegou no navio de pesquisa Laurence M. Gould pela costa da Península Antártica, parando em mais de 20 locais ao longo do caminho para coletar e armazenar amostras vivas.”Esta temporada foi focada principalmente em obter amostras para a genética populacional”, disse Teets. “estavam na nave e tiveram acesso a todos esses diferentes sites de coleta aos quais nunca estivemos antes.”
em cada local de campo, a equipe pegaria um pequeno barco para a costa e se espalharia, procurando tufos de conto de crescimento de plantas ou algas que normalmente significavam que os insetos seriam encontrados abaixo. As larvas de midge são elas próprias menores que um grão de arroz, mas muitas vezes se reúnem em aglomerados. Gingerly, com pinças ou aspirador de sucção, eles começaram a coletar várias dezenas de larvas de midge de cada local.
“é particularmente útil conseguir tantos porque somos incapazes de criá-los no laboratório atualmente”, disse Jacob Idec, um estudante de pós-graduação no Hendrix College. “Onde nós os obtemos essencialmente é coletando.”
depois de coletar o que eles precisavam de um local, eles olhariam em torno de um microambiente diferente, geralmente em algum lugar mais alto, mais longe da costa ou geralmente mais seco.
“temos um monte de sites e um monte de insetos”, disse Idec. “Tivemos muitos dias bons e fomos capazes de coletar um monte de insetos em muitos lugares diferentes, o que tem sido emocionante, e basicamente deve fazer a genética que sai deste mais valioso, ter mais sites e mais locais.”
ao comparar os insetos através de ambientes variados e locais diferentes ao longo da península, a equipe espera ver que tipos de diferenças genéticas existem entre as populações e recolher alguma visão de como eles se adaptaram ao seu nicho particular no continente.”Estamos coletando dados genômicos em grande escala de muitos indivíduos de cada população, então teremos uma boa perspectiva sobre a diversidade genética total dentro da população e seremos capazes de pegar esses dados e compará-los entre as populações”, disse Hotaling. “Existe um padrão de, basicamente, quanto mais distante você está, mais geneticamente distinto você é? Ou, porque estamos a experimentar coisas como uma colina de elevação maior versus um vale pequeno, ou um lugar onde há muito guano pinguim versus não, será que a diferenciação genética estrutura por tipo de habitat? Então esses dois tradicionalmente na literatura genética são chamados de isolamento por distância, você está mais distante, então você é mais diferente, versus isolamento por meio ambiente, onde não é distância, é como o seu ambiente é semelhante.”
esta questão de quais populações são as mais semelhantes uma à outra é de particular interesse porque embora os insetos são hábeis a ela, prosperar na Antártida não é um estilo de vida particularmente glamoroso. Eles passam a grande maioria de seus dois anos de vida como larvas mal móveis. Assemelhando-se a pequenos vermes escuros, eles rastejam por baixo da superfície, geralmente em pedaços de musgo ou algas terrestres ou até mesmo guano pinguim. Durante cerca de oito meses do ano, as larvas estão realmente congeladas, apenas descongelando para se alimentar durante os meses de verão Mais Quentes.
“eles só passam cerca de dez a 14 dias como adultos”, disse Teets. “Quando são adultos, não têm asas. Eles também não têm nenhuma parte funcional da boca como um adulto, eles não comem ou bebem nada, eles apenas rastejam, procuram um Parceiro, as fêmeas põem seus ovos e então eles morrem.”
this largely soil-dwelling lifecycle, combined with their winglessness, presents a puzzle to researchers trying to figure how they have been able to spread so widely down the length of the Antarctic Peninsula.
“não há nenhum mecanismo claro para este inseto se mover ao redor, para dispersar de um lugar para outro”, disse Gantz. “Os adultos são a fase de dispersão que vivem apenas alguns dias. Eles não têm asas, não andam com correntes de ar, pelo menos devo dizer que nunca os vimos a andar com correntes de ar, e nós procurámo-las. Não flutuam muito bem. Só não sabemos como é que este insecto vai de ilha em Ilha.”
embora a equipe não espere resolver todos esses mistérios apenas com seus dados genéticos, ao saber quais populações são mais similares eles podem começar a ter uma idéia de quão móveis os insetos como uma espécie são. Há outras questões sobre eles que a equipe espera obter alguma visão.
Bugs duros
o parente mais próximo de midge da região da Patagônia da América do Sul, que a Antártida separou-se de cerca de 30 a 40 milhões de anos atrás com a abertura da passagem de Drake. Durante esse tempo, O Globo passou por várias eras de gelo; eras onde as calotas de gelo Antárticas cresceram ainda mais, engolindo as poucas áreas de refúgio sem gelo da midge. Como a espécie foi capaz de sobreviver através de longos congelamentos profundos por centenas de milhares de anos é outro mistério.
“eles de alguma forma foram capazes de persistir na Antártida ao longo destes repetidos ciclos de glaciação”, disse Teets. “Alguns desses dados genéticos nos ajudarão a responder a algumas dessas perguntas sobre como eles chegaram onde estão.”
embora os insetos tenham conseguido sobreviver alguns momentos intensamente frígidos no continente, o futuro está mais quente, e isso pode significar problemas para os insetos.
“um dos poucos estresses que eles não lidam bem é a alta temperatura”, disse Gantz. “Pelo menos do ponto de vista teórico, a mudança climática não vai ser uma coisa boa, especialmente se, como suspeitamos, eles não são muito bons em dispersar, então eles não têm um mecanismo claro para mover-se para sul à medida que as coisas aquecem mais para norte.”
mais, à medida que a península aquece, insetos do Norte mais quente poderiam começar a fazer o seu caminho para o território da midge Antártica e começar a empurrá-los para fora.Scott Hotaling prepara-se para colocar um registrador de dados numa ilha perto da estação Palmer. Os madeireiros recolhem dados sobre as condições de temperatura e humidade no solo ao longo de um ano.
“o nosso primeiro local desta viagem foi a Península Byers na Ilha Livingston. Encontramos uma midge diferente lá, que se parece muito com a Bélgica, mas tem asas nos adultos”, disse Hotaling. “É muito fácil imaginar que se os limites latitudinais mais baixos dessa espécie estão sendo estabelecidos por baixas temperaturas, que estão subindo, ela poderia se dispersar ativamente para o sul, e potencialmente deslocar a Bélgica.”
alguns dos estudos fisiológicos que a equipe planejou para os insetos que coletaram poderiam oferecer uma visão de como a midge Antártica irá responder às condições climáticas em mudança. No entanto, é particularmente difícil saber com certeza o que é provável que aconteça quando ainda há muitas perguntas básicas sem resposta sobre insetos Antárticos.”Mal sabemos onde estão os limites da sua população, nem sequer temos uma estimativa do tamanho da população, não sabemos se estão a aumentar ou se estão a diminuir”, disse Gantz.Por causa da distância de onde esses insetos chamam de lar, podem ser anos, ou mesmo décadas até que os cientistas possam começar a ter um controle real sobre algumas dessas questões. Debbie Harner, uma educadora do Living Arts and Science Center em Lexington, Kentucky, juntou-se à equipe de campo para ajudar a compartilhar seu trabalho com o público e inspirar a próxima geração de cientistas que poderiam assumir essa carga.A técnica de laboratório Diane Hutt (à esquerda) ajuda J. D. Gantz a procurar Midge numa das Ilhas Melchior ao longo da Península Antártica.
“tenho a oportunidade de compartilhar com as crianças o que elas estão fazendo”, disse Harner. “Vou levar um programa Antártico para a comunidade, compartilhando o que fizemos nesta viagem e ensinando crianças sobre animais Antárticos como a midge e algumas das adaptações que eles têm.”
neste momento, as centenas de larvas que a equipe coletou estão divididas entre o laboratório de Teets em Kentucky e o laboratório de Gantz em Arkansas, enquanto a equipe se prepara para iniciar seu trabalho genético e fisiológico. A equipe tem mais duas temporadas de trabalho de campo planejadas e pretende retornar a vários de seus melhores sites para coletar mais amostras.
NSF-funded research in this story: Nicholas Teets, University of Kentucky, Award No. 1850988.