Οι επιστήμονες βρήκαν έντομο με στρατηγική επιβίωσης - Παράγει δική του θερμότητα στον παγετό

Οι μύγες του χιονιού έχουν έναν απροσδόκητο τρόπο να επιβιώνουν σε χαμηλές θερμοκρασίες.

Σε μια νέα μελέτη, επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο Northwestern διερεύνησαν πώς αυτά τα μικρά έντομα χωρίς φτερά, τα οποία κινούνται σε χιονισμένες επιφάνειες για να βρουν συντρόφους και να γεννήσουν αυγά, παραμένουν ζωντανά σε συνθήκες παγετού.

Ανακάλυψαν ότι οι μύγες του χιονιού βασίζονται σε ένα εκπληκτικό μείγμα βιολογικών εργαλείων. Τα έντομα μπορούν να παράγουν τη θερμότητα του σώματός τους όπως τα θηλαστικά και να παράγουν αντιψυκτικές πρωτεΐνες παρόμοιες με αυτές που βρίσκονται στα ψάρια της Αρκτικής.

Ενώ τα περισσότερα έντομα δεν μπορούν να επιβιώσουν κάτω από το μηδέν, οι μύγες του χιονιού παραμένουν ενεργές σε θερμοκρασίες έως και -6 βαθμούς Κελσίου.

Αυτά τα ευρήματα παρέχουν νέα εικόνα για το πώς η ζωή προσαρμόζεται σε ακραία περιβάλλοντα. Μπορούν επίσης να βοηθήσουν τους ερευνητές να αναπτύξουν νέους τρόπους για την προστασία των κυττάρων, των ιστών και των υλικών από βλάβες που προκαλούνται από το κρύο.

Η μελέτη δημοσιεύτηκε στις 24 Μαρτίου στο περιοδικό Current Biology.

«Τα έντομα είναι ψυχρόαιμα, επομένως βρίσκονται στο έλεος των εξωτερικών θερμοκρασιών», δήλωσε ο Marco Gallio του Northwestern, ο οποίος ηγήθηκε της μελέτης. «Αλλά έχουν μια συγκλονιστική ικανότητα να προσαρμόζονται σε ακραίες συνθήκες. Όταν κάνει κρύο, μια κοινή στρατηγική είναι να βρείτε καταφύγιο και να μείνετε αδρανείς μέχρι να βελτιωθούν οι συνθήκες. Αλλά αντί να επιβραδύνουν, οι μύγες του χιονιού προτιμούν στην πραγματικότητα παγωμένες, χιονισμένες συνθήκες και κρύβονται όταν το χιόνι λιώνει και ζεσταίνεται. Πραγματικά ξεπερνούν τα όρια του δυνατού. Τώρα διαπιστώσαμε ότι οι μύγες του χιονιού δεν ανέχονται απλώς το κρύο, αλλά έχουν πολλούς τρόπους για να το αντιμετωπίσουν».

Ασυνήθιστα γονίδια και αντιψυκτικές πρωτεΐνες

Για να κατανοήσουν πώς οι μύγες του χιονιού επιβιώνουν σε τέτοιες σκληρές συνθήκες, οι ερευνητές εξέτασαν πρώτα τη γενετική τους σύνθεση.

Τα αποτελέσματα ήταν απροσδόκητα.

«Δεν μπορέσαμε να βρούμε πολλά από τα γονίδια σε καμία βάση δεδομένων», είπε ο Gallio. «Αρχικά, νόμιζα ότι πρέπει να είχαμε αλληλουχήσει κάποια εξωγήινα είδη. Είναι πολύ σπάνιο ένα ενεργό γονίδιο, το οποίο παράγει μια πρωτεΐνη, να μην ταιριάζει».

Περαιτέρω έρευνα έδειξε ότι αυτά τα ασυνήθιστα γονίδια παράγουν αντιψυκτικές πρωτεΐνες. Αυτή η διαδικασία προστατεύει τα κύτταρα από βλάβες κατά την κατάψυξη.

«Είναι αξιοσημείωτο ότι ορισμένες από τις αντιψυκτικές πρωτεΐνες που βρήκαμε σχετίζονται στην πραγματικότητα δομικά με αυτές των ψαριών της Αρκτικής», είπε ο Gallio. «Αυτό υποδηλώνει ότι η εξέλιξη ήρθε στην ίδια λύση για ένα κοινό πρόβλημα».

Η παραγωγή θερμότητας βοηθά τις μύγες του χιονιού να παραμείνουν ενεργές

Η ομάδα εντόπισε επίσης γονίδια που συνδέονται με τη χρήση ενέργειας και τις κυτταρικές διεργασίες που εμπλέκονται στην παραγωγή θερμότητας. Αυτό υποδηλώνει μια άλλη απροσδόκητη ικανότητα. Οι μύγες του χιονιού δεν αντιστέκονται μόνο στο πάγωμα, αλλά παράγουν και τη δική τους θερμότητα.

«Βρήκαμε γονίδια που σε μεγαλύτερα ζώα σχετίζονται με τη μιτοχονδριακή θερμογένεση στον καφέ λιπώδη ιστό», είπε ο Gallio. «Πολλά ζώα όπως οι μαρμότες και οι πολικές αρκούδες έχουν καφέ λίπος, το οποίο υπάρχει για να παράγει θερμότητα. Όταν πέφτουν σε χειμερία νάρκη, καίνε αυτό το αποθηκευμένο λίπος για να παράγουν θερμότητα και όχι για να παράγουν χημική ενέργεια. Έτσι, κατά κάποιο τρόπο οι μύγες του χιονιού χρησιμοποιούν έναν συνδυασμό των στρατηγικών που χρησιμοποιούν οι πολικές αρκούδες και τα ψάρια της Αρκτικής».

Μειωμένη ευαισθησία στον πόνο στο κρύο

Οι μύγες του χιονιού φαίνεται επίσης να είναι λιγότερο ευαίσθητες στις οδυνηρές συνέπειες του ακραίου κρύου. Οι περισσότεροι άνθρωποι αναγνωρίζουν το αιχμηρό τσίμπημα του αγγίγματος πάγου ή κρύου μετάλλου. Αυτή η αίσθηση προκαλείται από αντιδραστικά μόρια στα κύτταρα που δίνουν σήμα στο σώμα να αποφύγει τη βλάβη. Στις μύγες του χιονιού, αυτή η απόκριση μειώνεται σημαντικά.

Ο Gallio και η ομάδα του διαπίστωσαν ότι μια βασική αισθητηριακή πρωτεΐνη που εμπλέκεται στην ανίχνευση επιβλαβών ερεθισμάτων ανταποκρίνεται πολύ λιγότερο στις μύγες του χιονιού από ό,τι σε άλλα έντομα. Ως αποτέλεσμα, αυτά τα έντομα μπορούν να ανεχθούν υψηλότερα επίπεδα στρες που σχετίζεται με το κρύο και να συνεχίσουν να λειτουργούν σε συνθήκες που θα κατέκλυζαν τα περισσότερα είδη.

«Αποδεικνύεται ότι ένας συγκεκριμένος ερεθιστικός υποδοχέας είναι 30 φορές λιγότερο ευαίσθητος στις μύγες του χιονιού από ό,τι στα κουνούπια και τις μύγες των φρούτων», είπε ο Gallio. «Έτσι, μπορούν να αντιμετωπίσουν υψηλότερα επίπεδα επιβλαβών ερεθιστικών ουσιών που παράγονται από την έκθεση στο κρύο».

Μελλοντική έρευνα για την επιβίωση από το ακραίο κρύο

Στη συνέχεια, οι ερευνητές σχεδιάζουν να διερευνήσουν με μεγαλύτερη λεπτομέρεια πώς οι μύγες του χιονιού παράγουν θερμότητα σε κυτταρικό επίπεδο και να προσδιορίσουν το πλήρες φάσμα των αντιψυκτικών πρωτεϊνών που παράγουν. Αυτή η εργασία θα μπορούσε να αποκαλύψει εάν άλλοι οργανισμοί χρησιμοποιούν παρόμοιες στρατηγικές για να επιβιώσουν σε ακραία ψυχρά περιβάλλοντα.

Η μελέτη, «Συντονισμένες μοριακές και φυσιολογικές προσαρμογές επιτρέπουν τη δραστηριότητα σε θερμοκρασία κάτω από το μηδέν στη χιονόμυγα Chionea alexandriana», θα εμφανιστεί στον τόμο της 6ης Απριλίου του περιοδικού Current Biology.