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Como os microplásticos jogados no mar estão chegando ao fundo dos oceanos?

Nos dias de hoje, muito se fala sobre a poluição que nós, humanos, causamos ao meio ambiente. Um dos principais problemas neste âmbito se deve ao descarte inadequado de plásticos e microplásticos (partículas com diâmetro menor que 5mm) nos oceanos, podendo prejudicar todo aquele ecossistema. Caso não haja nenhuma alteração significativa em relação ao descarte deste tipo de material, a previsão é que a quantidade a ser jogada no mar aumente até 250 milhões de toneladas métricas até 2025! A previsão caso não haja nenhuma alteração significativa em relação ao descarte desse material, é que a sua quantidade a ser jogado no mar até 2025 aumente até 250 milhões de toneladas métricas !

Dessa maneira, é importante entender as consequências que estes resíduos podem trazer para os ambientes marinhos e seus organismos. Já existem estudos mostrando impactos no ecossistema causados por resíduos de plásticos variando desde riscos físicos, bloqueio digestivo devido a ingestão pela fauna marinha até danos ecotoxicológicos gerados por contaminantes provenientes do plástico e sua transferência entre os níveis tróficos da cadeia alimentar marinha.

Com o objetivo de elucidar um pouco melhor a relação dos animais marinhos com os resíduos os quais estão sendo submetidos frequentemente, Kakani Katija e outros pesquisadores, do Instituto de Pesquisa do Aquário de Monterey Bay, nos Estados Unidos, resolveram submeter um organismo conhecido como larvacea gigante (Bathochordaeus stygius) (figura 1) a pedaços de microplásticos coloridos. Assim, eles poderiam analisar o que aconteceria com o plástico ao ser ingerido e processado pelo animal.

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Figura 1 – Bathochordaeus stygius também conhecida como larvacea gigante

B. stygius é um animal marinho, que faz parte do zooplâncton e são filtradores ativos. Eles são conhecidos por secretarem muco que constrói o local onde habitam. Além disso, são transparentes (figura 1) e dessa maneira, seria possível visualizar os pedaços coloridos de microplástico ao longo de seu corpo. Os animais foram submetidos às partículas de microplástico colorido e, com auxílio de um robô submarino acoplado a uma câmera, os pesquisadores conseguiram monitorar a ingestão.

De maneira geral, foi possível concluir que estes animais são capazes de ingerir estes resíduos e eliminá-los como forma de agregados que irão afundar para o fundo oceânico. Sendo assim, B. stygius pode ser um vetor importante para a movimentação de grandes quantidades de resíduos microplásticos de perto da superfície para o fundo do mar, levando a conclusão de que a poluição causada por plástico pode não ser somente um problema da superfície do mar, como é comumente caracterizada. O significado real desta movimentação e se ela de fato ocorre no ambiente marinho (in situ), ainda precisam ser mais investigados.

Vídeo mostrando o experimento sendo realizado: clique aqui.

 

Referências:

1 – K. Katija et al. From the surface to the seafloor: How giant larvaceans transport microplastics into the deep sea. Science Advances. Vol. 3. August 16, 2017, p. E1700715. doi 10.1126/sciadv.1700715

2 – https://www.sciencenews.org/blog/science-ticker/giant-larvaceans-could-be-ferrying-ocean-plastic-seafloor – Acessado em 13 de setembro de 2017

3 – http://advances.sciencemag.org/content/3/8/e1700715 – Acessado em 13 de setembro de 2017

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Rato-toupeira-pelado: super-roedor?

Sabe aqueles animais que sempre aparecem em manchetes “veja os animais mais feios do mundo”? Pois é. Um desses é também um animal bem especial. Conhecido no Brasil como rato-toupeira-pelado (Heterocephalus glaber), ou “naked mole rat” em inglês, é um roedor que vive no leste da África, vive em tocas debaixo da terra e, eventualmente, come suas próprias fezes.

Além disso, já foram feitas pesquisas que mostraram que este animal é praticamente resistente ao câncer e a alguns tipos de dor. Mais recentemente, Thomas Park, um neurocientista da Universidade de Illinois e Gary Lewin um fisiologista do Max Delbruck Center for Molecular Medicine descobriram que este roedor consegue sobreviver até 18 minutos em um ambiente com pouco oxigênio!   

 

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Figura 1 – O rato-toupeira-pelado. Foto: Thomas Park/UIC

Com objetivo de descobrir como isso ocorre,  foram realizados experimentos com ratos-toupeira e com camundongos. Os indivíduos das duas espécies foram colocados em uma câmara sem oxigênio. Como esperado, os camundongos morreram em menos de um minuto. No entanto, os ratos-toupeira tiveram uma redução no seu batimento cardíaco, de 200 para 50 batimentos por minuto, e também perderam consciência. Mas eles não morreram como os camundongos e, mesmo após 18 minutos neste estado, foram capazes de se recuperar completamente quando expostos ao ar com condições normais (STORZ; MCCLELLAND, 2017).

Como eles são capazes de sobreviver?

A resposta para esta pergunta está relacionada com o modo como esses animais metabolizam açúcar em seus corpos. Comparativamente, outros mamíferos utilizam a quebra da molécula de glicose para a geração de energia em um processo dependente da presença de oxigênio (Figura 2). Na falta do oxigênio, subprodutos dessa via metabólica acabam acumulando e inibindo os passos iniciais, regulados pela enzima fosfofrutoquinase, até que o metabolismo pare por completo. Dessa maneira, a energia que resta no corpo é rapidamente utilizada e as células morrem.

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Figura 2 – Via metabólicas envolvidas na geração de energia. As situações em que o rato-toupeira pode enfrentar estão indicadas pelas setas laranja e azul. Adaptado de Andreemka, 2010.

Nos ratos-toupeiras que ficaram sem oxigênio, foram encontrados dois açúcares em grandes concentrações no sangue: a frutose e a sucrose (molécula que é a combinação de frutose e glicose). Além disso, GLUT5, que é uma molécula que transporta frutose para dentro de células, e uma enzima capaz de converter frutose em uma forma que pode entrar na via metabólica da glicose também estavam em concentrações superiores nesses roedores.

A frutose entra em um estágio da via glicolítica após a ação da fosfofrutoquinase e dessa maneira, a geração de energia proveniente deste açúcar pode continuar mesmo sem a presença de oxigênio e com as etapas iniciais desta via metabólica bloqueadas (Figura 2). Assim, o rato-toupeira é capaz de utilizar a frutose como açúcar principal para a geração de energia quando não há oxigênio suficiente no ambiente. A importância deste mecanismo no ambiente natural do roedor ainda não foi elucidada, mas deve estar associada com seu  habitat, que em alguns momentos pode ter oxigênio rarefeito .

Parece que este estudo é importante apenas para os ratos-toupeiras e outros roedores, mas como se tratam de mamíferos como nós, os mecanismos utilizados por este animal podem vir a ser úteis. Por exemplo, humanos que por algum motivo tem o fluxo de sangue no cérebro interrompidos começam a demonstrar a morte celular após alguns minutos, devido a falta de oxigênio. Se fosse possível a ativação do uso da frutose, do mesmo modo que os ratos-toupeira, a morte celular poderia ser um pouco atrasada.

 

Referências:

KUPFERSCHMIDT, K. Naked mole rats can survive 18 minutes without oxygen. Here’s how they do it. Science, 20 abr. 2017.

PENNISI, E. Why Naked Mole Rats Don’t Get Cancer. Disponível em: <http://www.sciencemag.org/news/2013/06/why-naked-mole-rats-dont-get-cancer&gt;. Acesso em: 26 jun. 2017.

PENNISI, E. How naked mole rats conquered pain – and what it could mean for us. Science, 11 out. 2016.

REARDON, S. Poo turns naked mole rats into better babysitters. Nature, 20 out. 2015.

STORZ, J. F.; MCCLELLAND, G. B. Rewiring metabolism under oxygen deprivation. Science, v. 356, n. 6335, p. 248–249, 21 abr. 2017.

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Cientistas criam formigas geneticamente modificadas para estudar a fundo a evolução do comportamento de insetos

Colônias de formigas são conhecidas por serem muito bem organizadas sendo que cada formiga tem sua função delimitada. Assim, em um formigueiro é necessário que haja uma maneira coordenada de “comunicação” para que cada formiga “saiba” qual é sua função designada na colônia. Por estes motivos, às vezes as colônias são denominadas pelos pesquisadores como “superorganismos”.

Apesar do grande interesse por diversos grupos de pesquisa no mundo todo, o comportamento social dos insetos como formigas e abelhas é algo difícil de ser estudado porque não se sabe a função dos genes envolvidos. Um novo estudo realizado na Universidade Rockfeller, em Nova York foi o primeiro que obteve sucesso em modificar formigas geneticamente.

Para tentar responder as questões sobre a evolução do comportamento de insetos, Daniel Kronauer, biólogo na Universidade Rockfeller responsável pelo estudo pioneiro na área, escolheu uma espécie de formiga chamada “formigas-biroi” (nome científico: Ooceraea biroi). Essas formigas não possuem rainhas em suas colônias, ou seja, os ovos não são fertilizados e assim, cada ovo dá origem ao que seria um clone do indivíduo que o colocou. Dessa maneira, se os pesquisadores conseguissem modificar o genoma de um indivíduo, esse genoma seria passado adiante gerando a linhagem modificada que seria necessária para o trabalho proposto.

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Comparativamente com outros insetos, as formigas possuem uma maior quantidade de sensores chamadas de receptores odoríferos e são capazes de detectar os feromônios que as formigas utilizam para se comunicar: formigas possuem pelo menos 350, enquanto moscas possuem apenas 46! Pensando nisso, os pesquisadores se perguntaram se a maior presença de sensores poderia estar relacionada com o desenvolvimento da estrutura complexa da sociedade das formigas.

Para testar as hipóteses, os alunos de pós-graduação do Daniel Kronauer utilizaram uma técnica chamada CRISPR, que é utilizada para edição de genes de uma maneira mais simples do que era feita anteriormente. Mesmo assim, eles demoraram 2 anos para padronizar o método adequado de modificação dos ovos, obter a quantidade de indivíduos necessários para o experimento e reintroduzir as larvas na colônia.

Nos organismos transgênicos deste estudo, eles interromperam um gene chamado orco, gene que é responsável pela produção de uma proteína essencial para a sensibilidade a odores pelos sensores.

Tanto a anatomia do cérebro quanto o comportamento das formigas transgênicas levam a concluir que sim, de fato, a quantidade de sensores tem um papel importante para a complexidade da colônia. Normalmente, formigas jovens adultas tem a tendência de passar seu primeiro mês sem grandes movimentações junto com outros indivíduos no ninho. No entanto, jovens adultas transgênicas começavam a se movimentar imediatamente. Além disso, elas não foram capazes de seguir rastros deixados por outras formigas. .

Além da diferença notável logo no começo de sua vida, as formigas transgênicas também apresentarem desvantagens na hora de colocar ovos: colocaram apenas um a cada duas semanas, enquanto as formigas não modificadas costumam colocar 6 ovos nesse mesmo período de tempo. Finalmente, as formigas transgênicas vivem menos tempo que as formigas normais.

Sendo assim, essa pesquisa foi de suma importância e abriu um novo caminho para a compreensão de como insetos são capazes de desenvolver uma colônia completa com alto nível de organização. Com os dados coletados nesse estudo, cientistas poderão extrapolar para outros insetos e para uma maior compreensão da estrutura complexa que muitos são capazes de estruturar.

 

Para visualização do experimento realizado pelos pesquisadores:

 

Para mais informações sobre a ferramenta utilizada para a edição de genes:

https://en.wikipedia.org/wiki/CRISPR

Fonte:

http://www.sciencemag.org/news/2017/03/world-s-first-genetically-modified-ants-shed-light-how-complex-insect-societies-evolved

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“Game of Genomes”, por Carl Zimmer

Carl Zimmer é um jornalista científico, autor de diversos livros na área científica e colunista do New York Times desde 2013. Convidado por um pesquisador geneticista, Dr. Robert Green, Carl aceitou ter o seu genoma sequenciado. Após o primeiro genoma humano ter sido sequenciado, em 2001, qualquer um pode escolher sequenciar o seu genoma. No entanto, as poucas pessoas que fazem isso de fato só tem acesso aos resultados que buscam por marcadores genéticos de algumas doenças características, como câncer ou a doença de Huntington. A diferença no caso do jornalista, é que ele teria acesso aos dados crus da sequência do seu genoma. O que isso significa? Que além de descobrir se possuía alguma predisposição genética para alguma dessas doenças, ele poderia fazer uma análise mais completa e não usual desses dados. Isso necessitou da ajuda de diversos pesquisadores especializados em genética, é claro.

Além de aprender sobre si mesmo, Carl descreveu que com essa empreitada foi possível desvendar um pouco mais sobre o genoma humano em geral. Pedaços do DNA foram analisados evolutivamente, podendo concluir quais deles foram herdados dos homens-de-neandertal e como eles influenciam a saúde do jornalista.

Para divulgar sobre todo o processo do sequenciamento do genoma – desde os exames preliminares até as análises e conclusões finais – Carl Zimmer bolou uma série de posts, que ele nomeou de “Game of Genomes”. Além disso, ele separou cada post como forma de um episódio, totalizando em três temporadas, cada uma com um enfoque diferente. Em um primeiro momento, Carl descreve como surgiu a ideia – e o financiamento – desse projeto, além dos exames preliminares e os convites aos especialistas. Nas chamadas “Segunda Temporada” e “Terceira Temporada”, o jornalista se aprofunda nos detalhes das análises, sempre correlacionando tudo com a própria evolução humana.

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No “series finale”, Carl aponta que ainda existem muitos desafios para que o sequenciamento de genomas se torne uma ferramenta comum na medicina, pois ainda é uma técnica sujeita a muitas variações e erros. No entanto, cada genoma é importante e o conjunto pode ser relevante para o desenvolvimento de tratamento de muitas doenças.

Para ler todos os episódios e temporadas na íntegra, clique aqui:

Temporada 1

Temporada 2

Temporada 3

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Será que é possível um fungo ser capaz de tomar decisões?

Aparentemente, sim. Um estudo realizado pela Universidade de Macquarie em Sidney recentemente publicado, mostra que o bolor unicelular Physarium polycephalum é capaz de tomar decisões de maneira eficiente. Foi visto que mesmo sendo um organismo proveniente de uma única célula, ele consegue distinguir qual seria o melhor caminho para alcançar uma fonte de alimento.

Na pesquisa feita por Reid, os pesquisadores testaram a tomada de decisão do fungo em relação a duas quantidades desiguais de comida e observaram que o bolor sempre escolhia a melhor fonte de alimento.

Essa chamada “tomada de decisão” só havia sido descrita anteriormente em organismos com cérebros. Diferente de muitos estudos realizados com humanos, na pesquisa em questão não foi visto seu o fungo teria capacidade de adquirir conhecimento a partir de uma experiência passada. Dessa maneira, o que foi visto é resultado da evolução do organismo ao longo do tempo.

Mas sem um cérebro ou nada parecido, como será que o fungo consegue decidir algo ? Esse organismo possui um mecanismo que age com a função de senso motor, que pode estar sendo responsável por essa tomada de decisões. A célula é composta por pequenas subunidades e cada uma delas oscila em uma frequência que depende tanto do ambiente e das interações com outras células que podem estar ao redor, também com essa pulsação. Quando alguma subunidade sente algum atrativo, como uma fonte de alimento, ela começa a oscilar mais rápido e estimula as subunidades vizinhas a fazerem o mesmo. Dessa forma, a célula se movimenta em direção ao atrativo.

O estudo é importante para mostrar que organismos antes considerados “inferiores” por não possuírem um cérebro, talvez também tenham a capacidade tomar decisões. Além disso, as conclusões possíveis a partir dessa pesquisa, ajuda a elucidar os mecanismos ancestrais em relação a tomada de decisões, processo cognitivo e processamento de informações dentre os diversos sistemas biológicos.

 

Referência: http://rsif.royalsocietypublishing.org/…/13/119/20160030 – acessado 14 de junho de 2016.

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Estariam as plantas viciando as abelhas em cafeína?

Muitos de nós precisamos de uma dose de cafeína quando acordamos pra começar a pensar direito. Um estudo realizado pela University of Sussex mostrou que plantas que possuem cafeína no seu néctar também pode estar alterando o comportamento de seus polinizadores, nesse caso, as abelhas.

No fenômeno da polinização, as plantas forneceram alimentação para os polinizadores, enquanto esses tem um papel importante na reprodução das plantas, pela transferência do pólen. Como é uma relação que há uma vantagem para ambos os lados, é considerada uma relação de mutualismo entre as plantas e as abelhas. As plantas produzem naturalmente cafeína, como um composto secundário, e com a função de espantar herbívoros, pelo seu gosto amargo.

Apesar de ser destinada para as folhas da plantas, muitas espécies possuem, em concentrações menores, cafeína no seu néctar. Um outro estudo realizado provou que esse composto poderia estar ajudando na eficácia e eficiência do forrageamento sugerindo que a cafeína aumenta a percepção de recompensa do inseto. No entanto, não tinham sido feitos experimentos de campo para provar essa hipótese.

Nesse estudo, foram realizados experimentos de campo utilizando uma solução de sacarose tanto sem e com cafeína (em concentrações semelhantes àquela encontradas na natureza). O resultado, como esperado, foi um aumento de visitas de abelhas individuais durante o tempo de experimento (3h) quando elas coletavam a solução de sacarose com cafeína.

As abelhas possuem um mecanismo de recrutamento chamado a dança waggle, aonde uma abelha que voltou da uma caça bem-sucedida por alimento informa ao resto da colônia a distância e direção dessa fonte de alimento (tem um vídeo mostrando isso aqui: https://www.youtube.com/watch?v=-7ijI-g4jHg)

Sendo assim, eles compararam quantas vezes uma abelha que tinha visitado a solução de sucrose com cafeína recrutou o resto da colônia utilizando a dança “waggle” em comparação com uma que tinha visitado a solução de sacarose somente. Novamente, a proporção foi maior para as abelhas que tinham visitado a solução que possuía cafeína.

Os pesquisadores ainda apontam o fato que como as abelhas super estimam essas fontes de alimento, as plantas podem estar se aproveitando desse fato, produzindo um néctar de “pior” qualidade, mas ainda assim receberem muitas visitas das abelhas simplesmente pelo fato da cafeína estar presente no néctar. Além disso, eles propõe um modelo onde a cafeína pode estar prejudicando a produção de mel da colônia, mas que ainda tem que ser testada experimentalmente.

No entanto, todos os dados dessa pesquisa mostram um belo exemplo da tensão presente entre os membros componentes de uma relação de mutualismo, e como uma das partes pode acabar sendo manipulada pela outra.

Fonte: http://www.cell.com/current-biology/comments/S0960-9822(15)01054-4

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Micro-organismos que vivem em sedimentos a ~2,5 km de profundidade no oceano são semelhantes àqueles que vivem na superfície.

Quando pensamos nos animais que vivem no fundo do oceano, na maioria das vezes imaginamos aqueles animais estranhos e bem diferentes do que vemos na superfície. Será que o mesmo se aplica aos micro-organismos? Um estudo realizado por um grupo de pesquisadores de diversas universidades mostrou que… não!

Amostras foram retiradas de sedimentos de 2 quilômetros abaixo do solo do oceano e as análises demostraram que os micro-organismos ali presentes são similares com os que habitam outros ambientes na superfície da terra. Uma resposta inesperada, já que os sedimentos do fundo do oceano são um local aonde a temperatura e a pressão são totalmente diferentes dos padrões em que nós vivemos. Além disso, não existe muitas formas disponíveis de nutrientes para serem utilizadas pelos micro-organismos.

Para esse estudo, foram utilizadas amostras de sedimentos na costa nordeste do Japão, na profundidade de até 2400 metros. Eles encontraram evidências de atividade metabólica até na amostra da maior profundidade, de 2458 metros. No entanto, quanto maior a profundidade, menor foi a concentração de células encontradas. Por esse motivo, os pesquisadores tiveram que ser bem cuidadosos em relação a contaminação das amostras, podendo levar a uma alteração dos resultados encontrados.

Para simular o habitat desses micro-organismos, esses foram incubados na temperatura de 40oC em um meio contendo pó de carvão, uma forma criada a partir da pulverização desse composto. Foi detectada atividade metabólica, mostrando que os micro-organismos que habitam esses ambientes utilizam o carvão como fonte de nutrientes e liberam metano no ambiente. Dessa maneira, eles podem ser importantes para a manutenção do ciclo do Carbono no planeta.

A comparação entre as sequências da subunidade 16s do ribossomo (sequência conservada que pode ser usada para a comparação de organismos, chamada de “cronômetro evolutivo”) dos micro-organismos das amostras de sedimentos e dos micro-organismos de menores profundidades e mostraram que essas são populações não são similares. Surpreendentemente, os micro-organismos presentes em grande profundidade foram mais semelhantes àqueles encontrados no solo de florestas atualmente. Como Jennifer Biddle, da Universidade de Delaware, disse para o site da Science “é como ir em Plutão e ver um McDonald’s”. Esse achado pode ter a ver com a geologia do local de coleta: há aproximadamente 23 milhões de anos, essa área era um ambiente costeiro com lagoas semelhante à algumas partes da Florida, mas com as mudanças continentais essa área afundou e foi coberta por sedimento, deixando uma camada que rica em carvão no fundo.

Pode ser que os micro-organismos achados sejam descendentes dos que habitam o ambiente terrestre e que tenham se adaptado a vida nos sedimentos marinhos ou pode ser  que essas sejam as mesmas células que ali viviam quando o ambiente começou a afundar. Ou seja, elas teriam mais de 20 milhões de anos de idade!

Apesar de algumas falhas poderem ser apontadas nesse estudo (por exemplo: a forma de coleta estar sujeita a contaminação por outros micro-organismos), ele é um dos que foi mais “fundo” na caça por micro-organismos no fundo do mar, sendo assim de grande valor para o futuro da microbiologia.

Referências:

Inagaki, F. et al (2015). Exploring deep microbial life in coal-bearing sediment down to ~2.5 km below the ocean floor. Science 349, 420-424.

Sites acessados:

http://news.sciencemag.org/biology/2015/07/its-going-pluto-and-seeing-mcdonalds – acesso em 27-08-2015