Anticongelante é segredo de animais que sobrevivem ao frio
Quando um anticongelante natural é melhor que um casaco de invernoEnquanto a temperatura despenca ao ponto mais baixo do ano, aqueles de nós que vivem em latitudes mais altas se recolhem a abrigos aconchegantes. Podemos simpatizar com os esquilos e passarinhos, sujeitos ao frio abaixo de zero que varre o mundo exterior, e deixar-lhes comida, mas não pensamos muito em criaturas menores e menos fofinhas: por exemplo os insetos e aranhas que habitam quintais e bosques durante o verão. Eles ressurgirão na primavera, o que significa que de alguma forma sobrevivem ao frio intenso. Mas como o fazem, se não contam com a proteção de pêlos ou penas?
A ameaça à vida nas baixas temperaturas não é o frio, mas o gelo. Já que células e corpos se compõem primordialmente de água, o gelo pode ser letal porque sua formação perturba o equilíbrio entre os fluidos externos e internos das células, o que resulta em encolhimento celular e dano irreversível a tecidos.
Os insetos desenvolveram múltiplas maneiras de evitar congelamento. Uma estratégia é escapar de vez ao inverno. Borboletas como a monarca migram para o sul. Uma ótima solução, mas a capacidade é rara. A maioria dos insetos permanece em seu habitat de origem, e precisa encontrar outra forma de evitar congelamento. Eles fogem ao gelo rastejando para buracos ou fendas por sob a cobertura de neve ou linha de congelamento, ou, como algumas larvas de insetos, hibernam nos fundos de lagos que não se congelem de todo.
Mas muitos insetos e outros animais se defendem contra a exposição direta a temperaturas abaixo de zero por meio da engenhosidade bioquímica, ou seja, produzem anticongelantes.
O primeiro anticongelante de origem animal foi identificado décadas atrás no plasma sanguíneo de peixes da Antártida, por Arthur DeVries, hoje na Universidade do Illinois, e seus colegas. Os mares antárticos são muito frios, com temperaturas da ordem de menos dois graus. A água é salgada o suficiente para que se mantenha líquida a alguns graus abaixo da temperatura de congelamento da água fresca.
As abundantes partículas de gelo flutuando nessas águas representam risco para os peixes porque, caso ingeridas, podem iniciar formação de gelo nas tripas dos animais, com consequências devastadoras. A menos que algo impeça o crescimento dos cristais de gelo.
É isso que as proteínas anticongelantes dos peixes fazem. Os tecidos e corrente sanguínea de cerca de 120 espécies de peixes pertencentes à família dos Notothenioidei estão repletos de anticongelante. As proteínas têm uma estrutura incomum de repetição que permite que se conectem aos cristais de gelo e reduzam para menos três graus a temperatura em que os cristais de gelo crescem. Isso fica um pouco abaixo da temperatura mais baixa do Oceano Antártico, e cerca de dois graus acima da temperatura de congelamento do plasma sanguíneo de peixes que não produzem o anticongelante. Essa pequena margem de proteção tem consequências profundas. Os peixes produtores de anticongelante hoje dominam as águas antárticas.
A capacidade de sobreviver e prosperar em águas frígidas impressiona, mas os insetos sobrevivem a temperaturas muito mais baixas em terra. Alguns, como a pulga da neve, ficam ativos até no inverno e são vistos saltando sobre montes de neve em temperaturas de menos sete graus ou mais baixas. Na verdade, esses insetos não são pulgas, mas Collembolae, um inseto sem asas primitivo capaz de saltar por longas distâncias usando a cauda.
Laurie Graham e Peter Davies, da Universidade Queen¿s, em Kingston, Canadá, isolaram as proteínas anticongelantes das pulgas de neve e descobriram que elas também constituem uma estrutura repetitiva simples que se aglutina ao gelo e impede que os cristais cresçam.
As proteínas anticongelantes das pulgas de neve diferem completamente das que foram isoladas em outros insetos, como o besouro vermelho, que apresenta proteínas anticongelantes por sua vez diferentes das encontradas nas Choristoneurae, uma espécie de lagarta. E todos os anticongelantes desses insetos diferem da espécie que impede o congelamento dos peixes antárticos. O anticongelante de cada espécie é uma invenção evolutiva separada.
Mas a inovação dos insetos vai além dos anticongelantes. Biólogos descobriram outra estratégia para enfrentar o frio extremo. Alguns insetos simplesmente toleram o congelamento.
Nas latitudes mais setentrionais, como o interior do Alasca, as temperaturas de inverno caem a menos 50 graus, e a neve e temperaturas abaixo de zero podem perdurar até maio. Nessas temperaturas extremas, a maioria dos insetos vira picolé. O besouro upis, do Alasca, por exemplo, congela em torno dos menos oito graus. Mas ainda assim pode sobreviver mesmo se exposto a temperaturas de menos 73 graus.
Para tolerar o congelamento, é crucial que os insetos minimizem os danos do congelamento e do degelo. Os insetos desenvolveram diversas substâncias protetoras. Quando o inverno se aproxima, muitos desses insetos produzem elevada concentração de glicerol e outras moléculas de álcool. Elas não previnem o congelamento, mas retardam a formação de gelo e permitem que os fluidos que cercam as células congelem de modo mais controlado, enquanto o conteúdo da célula não congela.
Para proteção máxima, alguns insetos árticos combinam materiais protetores e anticongelantes. De fato, um novo tipo de anticongelante foi recentemente descoberto no besouro upis. Ao contrário das proteínas anticongelantes de outros besouros, mariposas e pulgas de neve, o produto do upis é um complexo açúcar de alta eficiência.
A necessidade de evitar o congelamento de fato foi mãe de muitas invenções evolutivas. Essa nova descoberta torna mais provável que tenhamos truques químicos a aprender dos métodos de proteção contra o frio extremo usados por insetos.
E a questão não envolve apenas entomologia ártica esotérica. Um desafio persistente para a preservação de órgãos humanos é exatamente o problema que esses insetos resolveram - como congelar tecidos por um longo período e depois degelá-los sem dano. Equipes de pesquisa agora estão estudando como aplicar percepções ganhas no mundo animal às salas de cirurgia.
Tradução: Paulo Migliacci ME
