Homem formiga e a vespa - Vamos falar sobre os Tardígrados!

agosto 03, 2018

Homem formiga e a vespa - Vamos falar sobre os Tardígrados!

Figura I - Poster de divulgação do filme homem formiga e a vespa.

Assisti ao filme Homem Formiga e a Vespa na semana de estréia, e durante a sessão, muitas pessoas ficaram intrigadas com um momento especifico do longa metragem onde surge um ser peculiar. E presenciando essa situação, eu pensei “porque não falar desse assunto no blog?”. Achei que seria um tema muito bom para associar o mundo cinematográfico ao cientifico, e essa é a ideia dessa postagem. Mas antes de entrar no assunto de hoje, vamos a um pequeno resumo do que está acontecendo neste filme.

Figura II - Poster com os principais personagens do fiilme.

Introdução ao filme

Não irei dar spoilers específicos do filme, então você que ainda não assisitiu, pode continuar a leitura sem medo. Vamos a uma breve sinopse do filme:

Após os acontecimentos de Capitão América guerra civil, onde Scott Lang (Paul Rudd) violou o tratado de Sokovia por ajudar o Capitão América na batalha contra o Homem de Ferro em um aeroporto na Alemanha, o homem formiga é preso e condenado a dois anos de prisão domiciliar. Diante desta situação, ele foi obrigado a se aposentar temporariamente do posto de super-herói. Restando apenas três dias para o término deste prazo, ele tem um estranho sonho com a mãe de sua antiga parceira, Janet Van Dyne (Michelle Pfeiffer), que desapareceu 30 anos atrás a reduzir tanto de tamanho e entrar no mundo quântico em um ato de heroísmo. Ao procurar o dr. Hank Pym (Michael Douglas) e sua filha Hope (Evangeline Lilly) em busca de explicações, Scott é rapidamente recrutado pela dupla para que possa ajudá-los em sua nova missão: construir um túnel quântico, com o objetivo de resgatar Janet de seu limbo.

Figura III - Homem formiga na dimensão quântica.

Introduzindo o assunto

Após o homem formiga aceitar a missão e entrar no mundo quântico, ele atravessa alguns ambientes psicodélicos até encontra uma criatura nesse mundo microscópico.

Figura IV - Emulação de um tardígrado em GIF

Enfim chegamos no assunto que iremos abordar hoje, essa criaturinha que você está vendo acima. É justamente ela que o homem formiga encontra, e que deixou as pessoas na sessão do cinema curiosas, a principio alguns achando estranho, outros fofinho, esquisito e um tanto quanto perigoso. E você deve estar se perguntando, “ele existe mesmo?” “Não é algo inventado para o cinema?” e eu te respondo, sim, essa criatura existe!

E o melhor de tudo, tem muitas coisas legais para se falar dela. Então vamos nessa.

Morfologia do Tardígrado

Apresento-lhes o TARDÍGRADO, um nome diferente e engraçado (e desafio vocês a falarem o nome dele 5 vezes, rapidamente, sem errar), Tardigrada é um grupo de pequenos metazoários com tamanho variando de 0,1 mm até 1,2 mm, os quais constituem um filo a parte (Filo Tardigrada). Possuem quatro pares de patas com garras, órgãos visuais similares a “olhos” (GREVEN, 2007); sistema muscular complexo (SCHIMIDT-RHAESA; KULESSA, 2007); órgãos osmorregulatórios (HALBERG et al., 2009), tem o controle das concentrações de sais nos tecidos ou células vivas a fim de manter as condições adequadas à atividade metabólica; um aparelho de alimentação e sistema reprodutivo extremamente desenvolvido (JACOBSEN, 1996; BERTOLANI; REBECCHI; BECCACCIOLI, 1990). São altamente especializados, comumente chamados de ursos-d'água por seu corpo lembrar um pouco a do Urso. Movem-se lentamente, rastejando e utilizando os ganchos nas extremidades de suas pernas para fixar-se ao substrato. Apresentam uma distribuição bem diversificada , sendo encontrados numa grande variedade de nichos terrestres, de água doce, e ambientes marinhos por todo o mundo, variando de abismos no fundo do mar às montanhas mais altas. Contudo, por dependerem de uma fina camada de água ao redor para estarem ativos, devem ser considerados animais aquáticos (RAMAZZOTI; MAUCCI, 1983). A maioria dos tardígrados alimenta-se do conteúdo de células vegetais, enquanto outros alimentam-se de algas, células animais ou detritos, alguns são predadores de nemátodos (os indivíduos mais representativos e que conhecemos desse grupo são os vermes) e até mesmo de outros tardígrados.

Figura V - Morfologia do tardígrado

Com base nos trabalhos de Guidetti e Bertolani (2005) e Degma e Guidetti (2007), já foram descritas mais de mil espécies de tardígrados diferentes. Entretanto, o número atual já é maior e a tendência é que cada vez mais espécies sejam descritas e descobertas conforme as pesquisas avancem.

A seguir, um vídeo de microscopia óptica de um tardígrado, do canal MartinMicroscope. O interessante do vídeo é observar como o tardígrado é pequeno, e como ele se locomove, nas imagens com fundo branco, você irá notar a dificuldade que ele possui para andar, por conta da superfície de vidro. Se olhar no meio do corpo dele, você verá uma cor mais amarelada, provavelmente isso foi alguma célula vegetal que ele acabou de ingerir. E no final, podemos ver ele carregando seus ovos.

Biologia do Tardígrado

Vamos falar então um pouco mais sobre a biologia dele e seus hábitos. Alguns apresentam reprodução sexuada, porém muitos são hermafroditos, ou se reproduzem partenogenicamente, mesmo aqueles que podem se reproduzir sexuadamente. Para explicar um pouco mais o que é a partenogênese, ela refere-se a um tipo de reprodução assexuada de animais em que o embrião se desenvolve de um óvulo sem ocorrência da fecundação. Isso ocorre por exemplos nas abelhas, especificamente os machos, toda vez que a rainha gera novos ovos por partenogênese, onde não há fecundação, nasce filhotes machos. Já quando ocorre a reprodução sexuada e ocorre a fecundação é gerada uma fêmea.

Alguns tipos de vermes, de insetos e uma parcela pequena de animais vertebrados, como certas espécies de peixes, de anfíbios, e de répteis, se reproduzem por partenogênese também.

Figura VI - Visão frontal de um tardígrado próximo a uma célula vegetal.

Uma das características marcantes do filo é sua capacidade de entrar em estado latente ou criptobiose, ou seja, quando encontram-se em condições adversas do meio ambiente (temperaturas extremas, baixa umidade, entre outras), todos os procedimentos metabólicos param, até que o meio ambiente volte a ser favorável para seu desenvolvimento, e por possuir essa característica são facilmente transportados pelo vento ou pela água. Isso explica porque encontramos eles em diversos ambientes da terra. Nessas condições podem resistir durante anos, mesmo submetidos a temperaturas baixíssimas e à falta d'água, até encontrar ambiente adequado à sobrevivência. O curioso, é que ele possui diferentes formas de criptobiose: criobiose (induzida pelo frio), anidrobiose (induzida pela desidratação), osmobiose (induzida por diferenças de pressões osmóticas) e anoxibiose (induzida pela ausência de oxigênio) (MJOLBERG et al., 2011). O mais estudado é a anidrobiose, mas entender todos os outros mecanismos é fundamental para entender como ele consegue ser tão resistente.

Figura VII - Tardígrado em estado de criptobiose.

Estudos indicam que o Tardígrado pode sobreviver a condições extremamente árduas, como temperaturas de até -192 ºC (RAMLOV; WESTH, 1992), temperaturas acima de 100 ºC por breve períodos (HENGHERR et al., 2009b), intensas radiações (HOKIRAWA et al., 2006), pressões de até 7,5 GPa (ONO et al., 2008), exposição a álcool (RAMLOV; WESTH, 2001) e sobrevivendo até mesmo ao vácuo espacial e radiação solar, tornando-se um dos poucos seres vivos capazes de tolerar tais condições (JÖNSSON et al., 2008). Mesmo em estado ativo e hidratado, os animais toleram temperaturas de -30 ºC (HENGHERR et al., 2009a).

São encontradas facilmente em solos pantanosos, sobre musgos ou liquens.

Figura VIII - Parede com musgo, onde possivelmente encontraremos tardígrados.

Figura IX - Árvore contendo musgos e liquens na sua superfície.

Abaixo algumas imagens de microscopia, onde podemos observa-los após colher amostrar nesses lugares citados acima.

Figura X - Tardígrado carregando seus ovos

Figura XI - Tardígrado nadando livremente.

A seguir, irei disponibilizar outro vídeo do Youtube do canal TED-Ed , ele é americano e muito bom, mas se você que não tem domínio da língua inglesa, fique tranquilo, o vídeo possui legendas em português. Lá eles contam um pouco mais sobre algumas curiosidades e características do tardígrado através de animações excelentes.

Interesses científicos

Atualmente diversos estudos buscam entender como esse animal consegue sobreviver a exposições tão severas e depois voltar à atividade. Proteínas de choque de calor, síntese de açúcares como a trealose e proteínas LEA (“late embryogenesis abundant”) essas proteínas basicamente favorecem a resistência a dessecação do animal e têm sido apontadas como principais responsáveis por garantir a sobrevivência dos animais à desidratação e principalmente ao congelamento.

Biotecnologia

Esses mecanismos celulares e moleculares que permitem aos animais sobreviverem à desidratação e ao congelamento, despertou muito a atenção no ponto de vista biotecnológico, já que o conhecimento de tais sistemas permitiria a preservação de alimentos, amostras de sangue e vacinas à temperatura ambiente, e até mesmo evitaria que órgãos e tecidos fossem danificados em processos de congelamento, aumentando assim sua vida útil (SCHILL et al., 2009).

O Projeto Funktionelle analyse dynamischer Prozesse in Cryptobiotischen Tardigraden (Funcrupta) desenvolvido na Alemanha, tem como objetivos entender os mecanismos celulares de criptobiose dos tardígrados, visando descrever processos de estabilização celular. Tal projeto vem rendendo diversos artigos científicos sobre o assunto desde 2007 (<http://www.funcrypta.de/www/en/>).

Figura XII - Emulação em 3D de um tardígrado.

Astrobiologia

E não é apenas na biotecnologia que há interesse no conhecimento do filo tardigrada, mas também na astrobiologia. Por meio do Projeto Tardigrades in Space (Tardis), ou seja, Tardígrados no espaço, que enviou em 2007, pela primeira vez, tardígrados desidratados ao espaço, expondo-os ao vácuo espacial e radiações solares intensas. Foi constatado que quando retornaram a terra, os tardígrados estavam vivos e foram capazes de produzir descendentes férteis (JÖNSSON et al., 2008). Se o mesmo fosse realizado com um ser humano, sem os trajes espaciais, em 10 segundos ficaria inconsciente e em 1 minuto morreria, pois a pressão atmosférica externa do vácuo espacial, que é zero, provocaria uma pressão interna muito grande por causa da falta de oxigênio, seguida de alguns efeitos desastrosos no corpo humano, é como se o corpo humano fosse uma latinha de Coca-cola quente, e você agitasse bem essa latinha, e quando abrisse todo o conteúdo líquido que temos dentro do corpo sairia com muita pressão.

Já em outro trabalho desenvolvido por Hokirawa et al. (2008) propôs o uso do eutardígrado (Ramazzottius varieornatus) como modelo de animal multicelular para estudos astrobiológicos, em razão da sua alta capacidade de tolerância a extremos.

Figura XIII - planeta terra vista do espaço

Evolução

Já em termos de evolução, Gabriel et al. (2007) estudaram o tardígrado Hypsibius dujardini, descobrindo que ele divide muitas características com Caenorhabditis elegans (verme) e Drosophila (mosca), além de proporem o uso dessa espécie de tardígrado como modelo para estudos de biologia do desenvolvimento.

Figura XIV - Charge, Evolução dos Tardígrado.

Sequenciamento do Genoma

Um grupo de pesquisadores sequenciou completamente o genoma do Tardígrado. Segundo o trabalho, o genoma do tardígrado apresenta mais genes estrangeiros do que qualquer outro animal estudado até hoje (um sexto do genoma do Tardígrado foi “roubado” de outras espécies).

Ok, DNA estrangeiro (exógeno)... mas o que isso significa? Bom, isso significa que esse animal sofreu um processo conhecido como transferência horizontal de genes, onde genes de um outro organismo são passados para o receptor sem a necessidade de reprodução. Esse tipo de transferência ocorre em praticamente todos os seres vivos, inclusive nos humanos, porém, por intermédio de certos vírus. Os genes são quem possuem as informações do que o organismo vai produzir e em quais circunstâncias.

Até o presente momento, acreditava-se que os rotíferos (criaturas microscópicas) seriam as que dotavam a maior porcentagem de genes estranhos de qualquer animal, com cerca de 8 ou 9% de todo o seu DNA sendo exógeno.

Agora, cientistas constataram que cerca de 6 mil genes do tardígrado são exógenos, ou seja, cerca de 17,5% de todo seu genoma. e isso impressionou a todos da academia.

A seguir alguns comentários dos chefes da pesquisa.

“Não tínhamos idéia de que um genoma animal poderia ser composto de tanto DNA estranho”, disse o co-autor Bob Goldstein, da Universidade da Carolina do Norte em Chapel Hill. “Nós sabíamos que muitos animais adquirem genes estranhos, mas não tínhamos ideia de que acontece a esse grau.”

De acordo com o artigo, o Tardígrado recebeu esses materiais genéticos de plantas, fungos, bacterias e arqueobacterias. Essa variedade incrível de genes pode ter propiciado essa sobrevivência em condições extremas tão característico dos tardígrados.

A equipe ainda não investigou exatamente como esse roubo de genes está acontecendo, mas a hipótese levantada é que esse roubo é o resultado de um dos outros mecanismos de sobrevivência do Tardígrado – a capacidade de secar o seu corpo até menos de 3% de água, e em seguida, se recuperar quando reidratado.

Quando isso acontece, os cientistas sabem que o seu DNA se rompe em pedaços minúsculos. Eles também sabem que, quando suas células reidratam, há um momento em que o núcleo da célula é permeável, permitindo que o DNA e outras moléculas passem. Isso significa que, enquanto o tardígrado consegue remendar rapidamente seu próprio genoma, acidentalmente ele pode “costurar” genes de outros organismos junto.

Essa pesquisa foi publicada na revista PNAS, o artigo está em inglês, mas para quem tiver facilidade sugiro a leitura ou mesmo optar pela tradução do navegador.

Figura XV - processo de incorporação de material genético exógeno.

Nessa primeira etapa, é a pré desidratação, ou seja, antes da retirada da água e o tardígrado entrar em estado de criptobiose.

Na segunda etapa ocorre a desidratação e os danos ao DNA do tardígrado.

Na terceira etapa, a membrana do núcleo da célula do tardígrado estará com alguns poros, e é nesse momento que o DNA de outro organismo pode entrar no núcleo.

Na quarta etapa, onde ocorre a reparação do DNA danificado, o DNA de outro organismo que entrou no núcleo da célula, pode ser ligado ao seu DNA e com isso passa a incorporar e conter aquela informação genética que antes não possuía.

A fonte da arma secreta

Figura XVI - Meme tardígrado “Turn down for what”

Já citei que tardígrados eram capazes de sobreviver a condições extremas, “murchando” a ponto de se tornarem bolinhas desidratadas. Em 2016, o time que comandou a pesquisa, na Universidade de Tóquio, identificou uma proteína que protege o seu DNA “embrulhando-o” como se fosse uma espécie de cobertor. Os cientistas, que publicaram suas descobertas na revista científica Nature Communications, após a descoberta desenvolveram em laboratório células humanas que produziram a mesma proteína através de biotecnologia, e descobriram que ela também protegia as células humanas, em especial de radiação. Para identificar essa “arma secreta” que explica a resistência dos tardígrados, pesquisadores analisaram o genoma de uma espécie específica - Ramazzottius varieornatus - à procura de proteínas que estivessem diretamente ligadas ao DNA e que poderiam ter um mecanismo de proteção.

Eles descobriram uma e a batizaram de “DSUP” (abreviação em inglês de “supressora de danos”). Em seguida, a equipe inseriu a DSUP no DNA de células humanas e expôs essas células modificadas a raios-X. Elas sofreram menos danos que as células não tratadas.

Na pesquisa anterior publicada em 2015 sobre uma espécie diferente concluiu que ele tinha “adquirido” uma parte do seu DNA de bactérias e outros organismos por meio do processo chamado de transferência horizontal de genes como eu já expliquei na figura XIII.

Com mais pesquisas, os cientistas acreditam que genes como o DSUP podem permitir o armazenamento e transporte mais seguro e fácil de células humanas - protegendo, por exemplo, delicados enxertos de pele humana de qualquer dano. O professor Kunieda e seu co-autor do estudo, Takuma Hashimoto, deram início ao registro da patente do gene DSUP em 2015.

O professor Matthew Cobb, da Universidade de Manchester, observa que, em princípio, “estes genes poderiam até mesmo ajudar humanos a sobreviver em ambientes extremamente hostis, como na superfície de Marte, como parte de um projeto de terraformação para tornar o planeta mais ‘hospitaleiro' para seres humanos”.

O professor Blaxter, da Universidade de Edimburgo, disse que a pesquisa japonesa pode até mesmo ajudar a explicar como radiação danifica o DNA, e como podemos prevenir danos no DNA de outras fontes.

O autor do estudo, o professor Takekazu Kunieda, disse esperar que mais pesquisadores se juntem à “comunidade tardígrada”, porque acreditar haver ali “um monte de tesouros”.

Conclusões

O estudo de 2016, conduzido no Japão, não encontrou nenhuma evidência da transferência de genes da pesquisa realizada em 2015. As perguntas que ficam são: espécies diferentes possuem mecanismos diferentes? Será que as duas pesquisas estão no caminho correto? Ou apenas uma delas?

O fato é que essa curiosidade move a ciência, é o que faz dela tão legal e fascinante, ir atrás dessas respostas que ninguém antes achou, porque a cada pesquisa tudo pode mudar, ou se complementar, e é dessa forma que avançamos tecnologicamente.

Gostou dessa criaturinha tão peculiar, que parece haver superpoderes como o homem formiga? Comente abaixo o que achou da matéria, críticas e sugestões também são muito bem vindas!

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Figura XVII - Capitão Tardígrado, defensor do multiverso.

Vou deixar um link aqui para quem estiver curioso de como conseguir ter seu próprio tardígrado, claro, tem que ter um microscópio para vê-lo, mas vale a fins de curiosidade.

Como criar seu tardigrádo

Até a próxima pessoal, e viva os tardígrados!