Em formação

Onde encontro micróbios como tardígrados no inverno


Acabei de comprar um microscópio e quero ver micróbios como os tardígrados. Onde devo olhar? Encontrei muitas bactérias e o que parece ser um organismo unicelular imóvel. Eu quero ver movimento e alimentação. Pis neve no chão e solo congelado


Tardígrados são encontrados melhor mergulhando o musgo na água. Mesmo no inverno, sob a neve, esse é o melhor lugar para se olhar. Deixe a água da torneira descansar durante a noite, descoberta antes de adicioná-la ao musgo para deixar o cloro sair. E então coar a água com um pano de malha fina para ver o que havia no musgo. Eu não chamaria os tardígrados de "micróbios", entretanto. Embora "micróbios" não seja um termo científico, penso nos micróbios como bactérias, enquanto os tardígrados são animais microscópicos.


O tardígrado no buraco de gelo: como a vida extrema encontra seu caminho no Ártico

Tardígrados, apelidados de ursos d'água ou leitões musgo, têm menos de 1 mm de comprimento e podem entrar na criptobiose para resistir a condições extremas. Fotografia: Science Photo Library - Steve Gchmeissner / Getty Images

Tardígrados, apelidados de ursos d'água ou leitões musgo, têm menos de 1 mm de comprimento e podem entrar na criptobiose para resistir a condições extremas. Fotografia: Science Photo Library - Steve Gchmeissner / Getty Images

Minúsculos organismos apelidados de ursos d'água oferecem pistas sobre uma possível vida alienígena, mas a mudança do clima significa que seu habitat enfrenta um futuro incerto

Última modificação no sábado, 17 de outubro de 2020 16.07 BST

Assim que atravessamos os mantos de gelo da Groenlândia, eu olho ao redor. Estamos cercados por numerosos buracos negros minúsculos, alguns com apenas alguns centímetros de diâmetro, outros com até 10-20 cm de largura. À medida que avançamos, notamos que mais e mais buracos aparecem magicamente, e suas bordas são cada vez mais distintas. Eles são chamados de orifícios de crioconita.

Espalhados pela superfície do gelo da geleira, esses buracos cilíndricos são um oásis de vida, o único lugar onde a vida cresce nas calotas polares. Apesar das águas ao redor da Antártica serem o lar de formas de vida abundantes, há muito pouca vida na massa de terra em si - e tenha em mente que ela cobre uma extensão imensa, uma vez e meia o tamanho dos Estados Unidos. Tem a maior reserva de água doce de todo o planeta (70% da água doce do mundo), mas não é nada hospitaleira. As temperaturas podem cair para -89C (-129F), a mais baixa já registrada na Terra, e os ventos sopram - “foguete” pode ser mais preciso - a velocidades de até 155 mph (250km / h). A Groenlândia não é muito diferente: toda a vida na ilha está confinada aos poucos assentamentos urbanos ao longo da costa.

Observamos essas estruturas geométricas glaciais. Olhando através da água que os enche, vemos algo escuro no fundo. É crioconita, uma lama feita de poeira, detritos, algas e bactérias, encontrada não apenas no Ártico e na Antártica, mas também no Canadá, Tibete e Himalaia. Ele se acumula nesses buracos porque os detritos absorvem a radiação solar, aquecendo o gelo ao seu redor e fazendo com que derreta. Uma das primeiras e mais fascinantes coisas a se notar sobre esse detrito é que ele não é apenas do planeta Terra: estudos mostraram que cada 2 lb (o,9 kg) de crioconita contém cerca de 0,35 onças (10 g) de areia de origem terrestre e cerca de 800 “Esférulas cósmicas” (originadas de cometas, asteróides ou poeira interestelar) e 200 micrometeoritos parcialmente derretidos.

Uma poça de fusão com crioconita na geleira Petermann. Os escombros escuros - lama, rochas, partes de meteoritos e poluição humana se acumulam no gelo - como são escuros, atraem calor e, eventualmente, derretem buracos perfeitos na geleira. Fotografia: Dave Walsh / VW Pics / Universal Images Group via Getty Images

Ainda mais espetacular é o fato de que ninguém sabia que eles existiam até um século e meio atrás. Nils Adolf Erik Nordenskiöld foi o primeiro a descrevê-los, o mesmo homem que mais tarde zarpou de Gotemburgo a bordo do Vega, alcançou o estreito de Bering pela costa norte da Europa e da Ásia e abriu a famosa Passagem Nordeste. Isso foi em 1870, e o geólogo (ele tinha dupla nacionalidade finlandesa e sueca) e explorador do Ártico foi o primeiro a publicar uma descrição detalhada dos buracos de derretimento cilíndricos que ele testemunhou no gelo.

Olhando para o buraco com meu nariz a poucos centímetros dele, eu pondero sobre a obstinação da natureza e sua capacidade de nos surpreender, dos pinguins que cruzam a península Antártica apenas para botar seus ovos (quando normalmente nunca deixariam seus suprimentos de comida na costa ) para micro-organismos como os que eu encontrei e outros com nomes que parecem saídos de O Senhor dos Anéis lombrigas, ou filo Nematoda - cuja sobrevivência depende de sua escavação no gelo. A habilidade de alguns dos habitantes dos buracos de fusão de se adaptar a este ambiente natural e evoluir sob tais condições extremas os torna candidatos ideais para um estudo de vida extraterrestre.

Na verdade, no início de 2016, um grupo de cientistas japoneses conseguiu “ressuscitar” dois animais microscópicos que hibernaram por mais de 30 anos em amostras de gelo coletadas na Antártica. Sim, eles estavam em hibernação desde o dia de Ronald Reagan (6 de novembro de 1983, para ser exato) e "despertaram" de seu longo sono em 7 de maio de 2014, em um mundo de smartphones e redes sociais. Os animais em questão eram Acutuncus antarcticus, uma espécie de tardígrado - uma criatura microscópica (cerca de 0,5 mm de comprimento) com oito pernas, quatro a oito garras em cada perna e uma aparência estranha (como um pequeno mamífero sem o pelo).

Tardígrados também se tornaram uma verdadeira sensação na Internet recentemente, apelidados de ursos d'água ou leitões-do-musgo. Por que eles são tão populares? Porque os tardígrados são um pouco como heróis de videogame - você pode congelá-los, fervê-los, esmagá-los, matá-los de fome e eles continuarão voltando à vida. Não há como matá-los! Não poderia haver melhor candidato para um orifício de crioconita. Os ursos d'água são uma das criaturas mais fascinantes do mundo pela maneira como podem se adaptar a ambientes extremos. Você pode encontrá-los, por exemplo, nas fossas oceânicas mais profundas ou nos desertos mais quentes, nos picos gelados do Himalaia e na Antártica. Eles conseguiram sobreviver aos dinossauros e são tão resistentes que podem sobreviver em ambientes extraterrestres, além dos que fervem e congelam.

Uma foto microscópica de um tardígrado. Fotografia: Thomas Boothby / AP

Os animais “descongelados” no experimento japonês conseguiram sobreviver à criptobiose, um processo que faz com que seu metabolismo diminua para 0,01% da função normal. (Imagine sua frequência cardíaca indo de 60 batimentos por minuto para apenas um a cada dois minutos!) Durante a criptobiose, toda a água no corpo é liberada e o animal se enrola em uma pequena bola indestrutível (a água em seus corpos às vezes é substituída com uma espécie de anticongelante natural). Livrar-se da água é a principal prioridade, pois evita, por exemplo, qualquer dano celular causado pelo congelamento.

Os cientistas japoneses descreveram outra característica do tardígrado ainda mais surpreendente. Um dos dois animais (depois de “descongelado”) conseguiu se reproduzir. Aqui está o que aconteceu: os dois animais - que a equipe de pesquisa chamou de Bela Adormecida 1 e Bela Adormecida 2 (SB-1 e SB-2) - foram colocados em dois poços separados em uma placa de Petri para serem monitorados e alimentados. Um ovo foi encontrado à medida que o experimento avançava. Os pesquisadores o colocaram em outro poço e o chamaram de SB-3. A cada poço eles adicionaram ágar (uma substância gelatinosa usada em biologia molecular), água engarrafada e algas chlorella (que contém clorofila). Os ingredientes foram substituídos semanalmente. Mais ovos foram encontrados ao longo do tempo, os quais eclodiram com segurança.

Dirijo meu olhar para o fundo dos buracos novamente, hipnotizado, apesar de haver pouco para ver a olho nu. Tardígrados não estão sozinhos nos orifícios da crioconita. Eles compartilham o habitat com outros organismos igualmente fascinantes, o que é uma grande diferença entre a Antártica e a Groenlândia. No primeiro caso, as tocas de gelo podem resistir por anos, atravessando as estações intactas e se tornando uma espécie de mini campo de testes para a vida extrema. A cobertura de gelo impede que os raios do sol atinjam o fundo dos orifícios cilíndricos, fazendo com que a fotossíntese não possa ocorrer.

A existência de um tipo de vida diferente daquele que conhecemos depende de um processo conhecido como quimiossíntese bacteriana. Ao contrário da fotossíntese, ele explora a energia gerada em reações químicas para produzir substâncias orgânicas. Em outras palavras: essas criaturas são completamente autônomas e autossuficientes, vivendo sua existência pacífica em completo isolamento. Com base em estudos recentes, os fatores ambientais nessas paisagens e nos territórios árticos e antárticos podem ser considerados os mais próximos de como acreditamos que seria a vida em outros planetas. As geleiras, especialmente as calotas polares, estão entre os ambientes mais extremos de nosso planeta, não apenas por causa do frio e do isolamento, mas também por causa dos altos níveis de radiação ultravioleta, tornando-os semelhantes a planetas ou luas geladas.

Um deles seria Marte, ou outros corpos celestes gelados como Europa, um satélite de Júpiter. Europa (descoberta por Galileo Galilei em 1610) é um pouco menor que a lua e é composta principalmente de rocha de silicato com uma crosta de gelo de água. Os microssistemas biológicos encontrados no gelo são como “laboratórios naturais”, ajudando-nos a compreender as formas de vida alienígenas. Isso é o que os torna tão importantes para a astrobiologia - o ramo da ciência que estuda a vida (ou a possibilidade de vida) em outros mundos.

Medindo crioconitas na geleira Longyearbyen em Svalbard. Fotografia: Jevgeni Grudkin / Kertu Liis Krigul / WikiCommons

Paro por um segundo para contemplar o céu. Quando olhamos para as estrelas à noite, encantados com o universo desconhecido acima de nós, muitas vezes podemos nos perguntar se realmente existe vida lá em cima (ou embaixo) - uma forma de vida semelhante à nossa. Pelo menos sabemos que da próxima vez que contemplarmos as estrelas com olhos científicos, podemos aproveitar o que aprendemos com essas criaturas semelhantes a monstros, cuja verdadeira magia é, sem dúvida, os maiores segredos que ainda estão para revelar - segredos que nos unem todos nós juntos no planeta que compartilhamos, flutuando no cosmos escuro junto com bilhões de outras criaturas.

Este não é meu único pensamento, entretanto. Os buracos de crioconita aceleram a taxa de derretimento do gelo devido à cor escura da mistura dentro deles e ao aumento da energia solar que absorvem como resultado. Os curiosos buracos têm uma vida útil limitada, devido ao papel que a água desempenha. Por exemplo, quanto mais o gelo derrete, mais vida dentro deles pode proliferar - mas quando a geleira em que os buracos se formaram começa a derreter, a proliferação de vida dentro deles será varrida pela corrente de água do degelo e os buracos desaparecerão . É aqui que a mudança climática também desempenha um papel: quanto mais as geleiras derretem, mais difícil será para os buracos de crioconita sobreviverem. E as formas de vida descobertas dentro deles se tornarão cada vez mais raras. Alternativamente, pode ser que quanto mais água derretida houver, mais os buracos irão proliferar. A resposta a esse enigma é mais um mistério a ser resolvido.

Ice: Tales from a Disappearing Continent, de Marco Tedesco com Alberto Flores D’Arcais, está disponível no Headline


Uma grande parte do genoma de um tardígrado vem de DNA estranho

Uma fotomicrografia de um tardígrado. Crédito: Sinclair Stammers

Pesquisadores da Universidade da Carolina do Norte em Chapel Hill sequenciaram o genoma do quase indestrutível tardígrado, o único animal conhecido que sobreviveu ao ambiente extremo do espaço sideral, e descobriram algo que nunca esperaram: obter uma grande parte de seu genoma - quase um sexto ou 17,5 por cento - de DNA estranho.

"Não tínhamos ideia de que um genoma animal poderia ser composto de tanto DNA estranho", disse o co-autor Bob Goldstein, professor do departamento de biologia da Faculdade de Artes e Ciências da UNC. "Sabíamos que muitos animais adquirem genes estranhos, mas não tínhamos ideia de que isso acontecia nesse grau."

O trabalho, publicado hoje no Proceedings of the National Academy of Sciences, não apenas levanta a questão de se há uma conexão entre o DNA estranho e a capacidade de sobreviver a ambientes extremos, mas vai além das visões convencionais de como o DNA é herdado.

O primeiro autor Thomas Boothby, Goldstein e seus colaboradores revelaram que os tardígrados adquirem cerca de 6.000 genes estranhos principalmente de bactérias, mas também de plantas, fungos e Archaea, por meio de um processo chamado transferência horizontal de genes - a troca de material genético entre espécies em oposição ao DNA herdado exclusivamente da mãe e do pai. Anteriormente, outro animal microscópico chamado rotífero era o detentor do registro por ter o DNA mais estranho, mas tem cerca de metade do tardígrado. Para efeito de comparação, a maioria dos animais tem menos de um por cento de seu genoma de DNA estranho.

"Os animais que podem sobreviver a estresses extremos podem ser particularmente propensos a adquirir genes estranhos - e os genes bacterianos podem ser mais capazes de resistir ao estresse do que os animais", disse Boothby, um pós-doutorado no laboratório de Goldstein. Afinal, as bactérias sobreviveram aos ambientes mais extremos da Terra por bilhões de anos.

A equipe especula que o DNA está entrando no genoma aleatoriamente, mas o que está sendo mantido é o que permite que os tardígrados sobrevivam aos ambientes mais hostis, por exemplo, coloque um tardígrado em um freezer de -80 graus Celsius por um ano ou 10 e ele começa a funcionar 20 minutos após o descongelamento.

Isso é o que a equipe pensa que acontece: quando os tardígrados estão sob condições de estresse extremo, como dessecação - ou um estado de extrema secura - Boothby e Goldstein acreditam que o DNA do tardígrado se quebra em pedaços minúsculos. Quando a célula se reidrata, a membrana e o núcleo da célula, onde reside o DNA, ficam temporariamente vazando e o DNA e outras moléculas grandes podem passar facilmente. Tardígrados não só podem reparar seu próprio DNA danificado à medida que a célula se reidrata, mas também costurar o DNA estranho no processo, criando um mosaico de genes que vêm de diferentes espécies.

"Nós pensamos na árvore da vida, com o material genético passando verticalmente da mãe e do pai", disse Boothby. "Mas, com a transferência horizontal de genes se tornando mais amplamente aceita e mais conhecida, pelo menos em certos organismos, está começando a mudar a maneira como pensamos sobre a evolução e a herança do material genético e a estabilidade dos genomas. Então, em vez de pensar na árvore da vida, podemos pensar na teia da vida e no material genético cruzando-se de galho em galho. Portanto, é empolgante. Estamos começando a ajustar nossa compreensão de como a evolução funciona. "


Cientista americano

Tardígrados, eu respondo, são animais aquáticos microscópicos encontrados em quase todos os lugares da Terra.

Figura 1. Nesta micrografia eletrônica colorida (EM), que tem a sensação de um diorama de museu, um tardígrado emerge sob uma folha de musgo para caçar por comida ou um companheiro. Os EMs são produzidos pela estratificação de um filme molecular de metal em uma amostra. A tecnologia dá uma falsa sensação de “esconder” desse tardígrado. Na verdade, os tardígrados são translúcidos e exibem uma variedade de cores - branco, verde, laranja, vermelho. Nos microambientes feitos pela água que coagula nas fissuras de musgos e líquenes devido à tensão superficial, os tardígrados prosperam alimentando-se de organismos menores e sugando o conteúdo das células vegetais. Seu reino úmido é transitório e, em resposta, os tardígrados desenvolveram uma série de estratégias baseadas na criptobiose induzida - a suspensão do metabolismo por secagem ou congelamento. Em seu estado criptobiótico, dessecados ou congelados, eles são surpreendentemente duráveis. Esses organismos sobrevivem a condições extremas - de temperatura, pressão e radiação - em um grau sem paralelo na natureza.

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As espécies terrestres vivem na umidade interior de musgo, líquen, serapilheira e outras espécies do solo são encontradas em água doce ou salgada. Eles são comumente conhecidos como ursos d'água, um nome derivado de sua semelhança com os pandas de oito patas. Alguns os chamam de leitões-musgo e também já foram comparados a rinocerontes pigmeus e tatus. Ao vê-los, a maioria das pessoas diz que os tardígrados são os invertebrados mais fofos.

Houve uma época em que os ursos d'água eram candidatos a ser o principal organismo modelo para estudos de desenvolvimento. Esse papel agora é desempenhado de forma mais proeminente pela lombriga Caenorhabditis elegans, objeto de estudo de muitos pesquisadores ilustres que seguiram a trilha aberta pela ganhadora do Prêmio Nobel Sydney Brenner, que começou a trabalhar na C. elegans em 1974. Os ursos d'água oferecem as mesmas virtudes que fizeram C. elegans tão valioso para estudos de desenvolvimento: simplicidade fisiológica, um ciclo de reprodução rápido e um plano de desenvolvimento altamente padronizado e preciso. Algumas espécies podem gostar C. elegans, ser eutélico, o que significa que os organismos retêm o mesmo número de células ao longo de seu desenvolvimento. Tardígrados têm algo em torno de 1.000 células. Eu e outros usamos ursos d'água como organismo educacional modelo para ensinar uma ampla gama de princípios nas ciências da vida.

Tardígrados são quase translúcidos e medem cerca de meio milímetro (500 micrômetros) de comprimento, aproximadamente o tamanho do ponto final desta frase. Com a luz certa, você pode realmente vê-los a olho nu. Mas os pesquisadores que trabalham com tardígrados os vêem como aparecem através de um microscópio de dissecação com ampliação de 20 a 30 - como animais carismáticos em miniatura.

A maioria dos minúsculos invertebrados voa freneticamente. Os tardígrados se movem lentamente enquanto sobem em pedaços de destroços. Eles foram nomeados pela primeira vez tardigrada em italiano, do latim, significa "caminhante lento". Tardígrados andam sobre pernas curtas e atarracadas localizadas sob seus corpos, não saindo para os lados. Essas pernas robustas os impulsionam sem pressa e deliberadamente sobre seu habitat.

Tardígrados têm cinco seções corporais, uma cabeça bem definida e quatro segmentos corporais, cada um dos quais com um par de pernas providas de garras. As garras variam em diferentes espécies, desde o familiar formato de urso até os punhos estranhamente medievais de armamento em forma de gancho. As patas traseiras são fixadas para trás, em uma configuração diferente de qualquer outro animal. Essas pernas são usadas para agarrar e fazer acrobacias em câmera lenta, e não para caminhar.

Figura 2. A aparência dos Tardígrados não é o único aspecto que lembra a macrofauna. Uma imagem de microscópio de luz da extremidade anterior de um tardígrado (deixou ) mostra os estiletes bucais, estruturas que os ajudam a alimentar o aparelho bucal, parte do trato digestivo e a faringe na parte superior do aparelho digestivo. Uma seção transversal de um urso-d'água genérico (direito ) mostra as posições relativas dos sistemas de órgãos. Faltam sistemas circulatório e respiratório. Nessa escala minúscula, uma cavidade hemocele aberta é suficiente para distribuir oxigênio e nutrientes pelo organismo.

Dr. David J. Patterson / Pesquisadores de fotos. Ilustração na parte inferior de Tom Dunne, adaptada de uma figura do autor.

Dentro dessas feras minúsculas, encontramos anatomia e fisiologia semelhantes às de animais maiores, incluindo um canal alimentar e sistema digestivo completos. A boca e a faringe em sucção levam ao esôfago, estômago, intestino e ânus. Existem músculos bem desenvolvidos, mas apenas uma única gônada. Tardígrados têm um cérebro dorsal sobre um sistema nervoso ventral pareado. (Os humanos têm um cérebro dorsal e um único sistema nervoso dorsal.) A cavidade corporal dos tardígrados é uma hemocele aberta que toca todas as células, permitindo nutrição e troca gasosa eficientes sem a necessidade de sistemas circulatórios ou respiratórios.

Os taxonomistas dividem a vida na Terra em três domínios: Bactérias, Archaea (uma linha antiga de células semelhantes a bactérias sem núcleos que são provavelmente mais próximos em termos evolutivos de organismos com células nucleadas do que de bactérias) e Eukarya. Eukarya é dividido em quatro reinos: Protista, Plantae, Fungi e Animalia. O filo Tardigrada é um dos 36 filos (aproximadamente, dependendo de quem se pergunta) dentro de Animalia - fazer água possui um ramo significativamente distinto na árvore da vida.

Tardígrados são envoltos em uma cutícula resistente, mas flexível, que deve ser removida à medida que o organismo cresce. Assim, eles foram colocados entre os filos na linha de evolução dos ecdysozoários entre animais como nematóides e artrópodes que também perdem suas cutículas para crescer.

Os animais crescem de duas maneiras: adicionando mais células ou tornando cada célula maior. Tardígrados geralmente fazem o último. Se um animal tem cutícula dura ou exoesqueleto, ele deve se soltar dessa casca para crescer. Por exemplo, no verão, em muitas partes do mundo, encontram-se exoesqueletos de gafanhotos em árvores em toda parte.

Tardígrados são divididos em duas classes, Eutardigrada e Heterotardigrada. Como regra geral, os membros da Eutardigrada possuem cutícula nua ou lisa sem placas, enquanto os Heterotardigrada possuem cutícula blindada com placas.

Clientes exigentes

A característica mais conhecida do Tardígrades é sua capacidade bruta e obstinada de sobreviver a condições espetacularmente extremas. Há alguns anos, a rede Discovery mostra Planeta Animal transmitiu uma história de contagem regressiva sobre as criaturas mais resistentes da Terra. Tardígrados foram coroados o sobrevivente “Extremo”, vencendo pinguins no frio da Antártica, camelos no forno seco do deserto, vermes tubulares no abismo e até mesmo a barata persistente.

Figura 3. Tardígrados (deixou ) foram por um tempo considerados concorrentes com o verme redondo Caenorhabditis elegans (direito ) e a mosca da fruta Drosophila melangaster como principais organismos modelo de invertebrados. Tardígrados têm desempenhado esse papel menos ao longo dos anos, mas a atenção da pesquisa está aumentando à medida que novas ferramentas de pesquisa genética permitem uma inspeção mais profunda de sua extrema durabilidade e adaptabilidade em resposta às mudanças nas condições ambientais. Tardígrados são predadores de vermes nematóides, como C. elegans . Sob o microscópio, os pesquisadores do tardígrado ocasionalmente encontram um urso-d'água agarrando um nematóide no meio. O nematóide se contorce furiosamente por todo o prato, com o tardígrado pendurado como um cavaleiro de bronco, até que o nematóide drenado se rende.

A fotografia é cortesia de Bob Goldstein e Vicky Madden, da Universidade da Carolina do Norte em Chapel Hill.

Mas a sobrevivência extrema se aplica apenas a algumas espécies de tardígrados terrestres. Os tardígrados marinhos e aquáticos não desenvolveram essas características porque seus ambientes são estáveis. Parece que as extravagantes adaptações de sobrevivência foram selecionadas em resposta direta à rápida mudança dos microambientes terrestres da flora úmida, sujeitos à rápida secagem e condições climáticas extremas.

Os tardígrados terrestres têm três estados básicos de ser: ativo, anoxibiose e criptobiose. No estado ativo, eles comem, crescem, lutam, se reproduzem, se movem e realizam as rotinas normais da vida. A anoxibiose ocorre em resposta ao baixo nível de oxigênio. Tardígrados são bastante sensíveis à tensão de oxigênio. A asfixia prolongada resulta na falha dos controles osmorreguladores que regulam a água corporal, fazendo com que o tardígrado inche como o Homem Michelin e flutue por alguns dias até que seu habitat seque e possa retomar a vida ativa.

A criptobiose é um estado ametabólico reversível - a suspensão do metabolismo - que foi inevitavelmente comparado à morte e ressurreição. Na criptobiose, causada por dessecação extrema, a atividade metabólica é paralisada devido à ausência de água líquida. Os ursos d'água terrestres são apenas limnoterrestres - animais aquáticos que vivem dentro de uma camada de água encontrada em seus habitats terrestres. O musgo e os líquenes fornecem habitats semelhantes aos de esponjas, apresentando uma miríade de pequenos bolsões de água e, como as esponjas, esses habitats secam lentamente. À medida que seus arredores perdem água, o tardígrado seca com eles. Não tem escolha. A criatura perde até 97 por cento da umidade do corpo e murcha em uma estrutura com cerca de um terço de seu tamanho original, chamada de tun. Nesse estado, uma forma de criptobiose chamada anidrobiose - que significa vida sem água - o animal pode sobreviver a quase tudo.

Figura 4. Tardígrados desenvolveram um conjunto de táticas de sobrevivência para escapar dos caprichos de seus ambientes localizados e vulneráveis. Anoxibiose e encistamento, descritos na parte superior desta figura, são respostas que podem ser observadas em uma variedade de organismos. A metade inferior do gráfico mostra três estados de criptobiose, nos quais o metabolismo é suspenso - um ato geralmente diagnóstico de morte. A criobiose ocorre em resposta ao congelamento e a anidrobiose em resposta à secagem. Durante o último, um organismo rende sua água interna para se tornar uma pelota desidratada. Ambos resultam na formação de um estado encolhido durável chamado de tun . Mais raramente, um tanque é criado para resistir ao ataque osmótico, que requer água. No estado tun, os tardígrados podem sobreviver por muitos anos, impenetráveis ​​a extremos muito além daqueles encontrados em seus ambientes naturais.

Ilustração de Tom Dunne.

Os tardígrados foram submetidos experimentalmente a temperaturas de 0,05 kelvins (–272,95 graus Celsius ou zero funcional absoluto) por 20 horas, depois aquecidos, reidratados e retornados à vida ativa. Eles foram armazenados a –200 graus Celsius por 20 meses e sobreviveram. Eles foram expostos a 150 graus Celsius, muito acima do ponto de ebulição da água, e foram revividos. Eles foram submetidos a mais de 40.000 quilopascais de pressão e concentrações excessivas de gases sufocantes (monóxido de carbono, dióxido de carbono, nitrogênio, dióxido de enxofre) e ainda assim voltaram à vida ativa. No estado criptobiótico, os animais sobreviveram até mesmo à ardente radiação ultravioleta do espaço.

Desafiar estudantes cientistas a ponderar sobre a surpreendente durabilidade dos tardígrados traz sua compreensão da física, química e biologia em jogo. Eles lembram que a água se expande à medida que se aproxima do ponto de congelamento, razão pela qual o gelo flutua. A 4 graus Celsius, a expansão da água exerce força suficiente para partir pedras, romper recipientes de metal e explodir células vivas. Uma célula é composta por mais de 95% de água. As forças de ruptura e microssomos de gelo que se formam nas células congeladas são as mesmas que causam a picada de gelo.

Os atributos de sobrevivência dos tardígrados são, na verdade, bastante apropriados para um organismo que faz sua casa em musgos e líquenes (briófitas), que lhes fornecem apenas uma fina camada de proteção. As briófitas estão sujeitas aos extremos ambientais vividos em um planeta banhado pela radiação solar. Eles podem receber vários períodos de exposição ultravioleta direta e nunca estão longe de secar à medida que as condições ambientais mudam.

Improvise, adapte e supere

Tardígrados exibem respostas distintas, agrupadas sob o nome geral de criptobiose, a diferentes fontes de estresse. A anidrobiose e a criobiose levam à formação de tonéis, mas não são equivalentes - são diferentes mecanismos de proteção contra diferentes agressões ambientais.

Figura 5. Os eutardígrados não têm armadura, o que parece ter feito pouco para inibir seu sucesso evolutivo. Eutardígrados maiores - como os do gênero Macrobiotus (mostrados acima na forma ativa e no estado tun) - são encontrados em muitos habitats, onde consomem tardígrados menores, bem como vermes nematódeos e rotíferos. Seu grande apetite por nematóides (eles podem consumir muitos por dia), e seu papel de controle resultante na população de nematóides, indica um papel significativo na teia alimentar de tardígrados em escala micro.

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Anidrobiose - suspensão metabólica causada por dessecação quase completa - é um estado comum para tardígrados, que podem entrar várias vezes por ano. Para sobreviver à transição, os ursos d'água devem secar muito lentamente. O tun se forma quando o animal retrai suas pernas e cabeça e se enrola em uma bola, o que minimiza a área de superfície. Quando quase toda a sua água interna foi retirada, o tardígrado está em anabiose, um estado seco de animação suspensa. É quase como se o animal se preservasse tornando-se um pó composto dos ingredientes da vida. Quando reidratado pelo orvalho, chuva ou neve derretida, os tardígrados podem retornar ao seu estado ativo em alguns minutos a algumas horas.

Na criobiose, outra forma de criptobiose, o animal sofre congelamento, mas pode ser revivido. Qualquer temperatura abaixo do ponto de congelamento do citoplasma celular suprime a mobilidade molecular e, portanto, suspende o metabolismo. Pode-se esperar que as temperaturas de congelamento profundo causem interrupções estruturais adicionais, mas os tardígrados, como observado acima, sobreviveram aos calafrios mais drásticos. Parece provável que a sobrevivência seja conferida pela liberação ou síntese de crioprotetores. Esses agentes podem manipular a temperatura de congelamento do tecido, retardando o processo e permitindo uma transição ordenada para a criobiose, e podem suprimir a nucleação de cristais de gelo, resultando em uma forma de cristal de gelo que é favorável para revivificação subsequente com descongelamento.

A osmobiose é uma resposta à salinidade extrema, que pode causar um inchaço osmótico destrutivo. Alguns tardígrados exibem osmorregulação surpreendentemente eficaz, mantendo a estase em face de gradientes osmóticos acentuados. Alguns outros escapam através da formação de um túnel que é impermeável à transferência osmótica.

Em 2007, os tardígrados se tornaram o primeiro animal multicelular a sobreviver à exposição aos arredores letais do espaço sideral. Pesquisadores na Europa lançaram um experimento na missão BIOPAN 6 / Foton-M3 da Agência Espacial Europeia que expôs tardígrados criptobióticos diretamente à radiação solar, ao calor e ao vácuo do espaço. Enquanto a nave experimental orbitava 260 quilômetros acima da Terra, os pesquisadores acionaram a abertura de um contêiner com tonéis tardígrados dentro e os expôs ao sol. Quando os tonéis voltaram à Terra e foram reidratados, os animais se moveram, comeram, cresceram, se excretaram e se reproduziram. Eles sobreviveram. No verão de 2011, o Projeto Biokis, patrocinado pela Agência Espacial Italiana, transportou tardígrados para o espaço no ônibus espacial dos EUA Empreendimento. Colônias de tardígrados foram expostas a diferentes níveis de radiação ionizante. O dano agora está sendo testado para aprender mais sobre como as células reagem à radiação e, talvez, como as células tardígradas evitam seus danos.

Sobreviver à radiação intensa sugere um sistema de reparo de DNA especialmente eficaz em um organismo ativo. A osmorregulação eficaz em salinidade extrema implica um metabolismo vigoroso - a osmorregulação em face da alta salinidade ambiental é energeticamente extremamente cara em termos de transações metabólicas, exigindo o bombeamento de íons contra gradientes osmóticos e iônicos acentuados. Thus, we see in tardigrades two opposing responses to environmental extremes: the passive response of dormancy in the form of cryptobiosis, balanced by the hyperactive responses of impressive DNA repair and high-performance osmoregulation. As practitioners of adaptive evolution, tardigrades are virtuosos.

Getting Around

Tardigrades have been discovered just about everywhere that anyone has looked, from the Arctic to the equator, from intertidal zones to the deep ocean, and even at the top of forest canopies. Their ubiquity is intimately linked to their survivorship. I am often asked how tardigrades manage to find their way to the canopy of towering trees. Most likely, wind carries them. In the tun state they are barely distinguishable from dust particles. But like spores, pollen and seeds, the tuns have a preference for where they land. Many microenvironments will be unsuitable habitats for freshly arrived tardigrades. Yet an unhappily placed tun can simply wait for a change in precipitation or perhaps a change in season. When conditions improve, life can begin again.

Figure 6. The armored Heterotardigrade of the genus Echiniscus in the active state (top ) and in the cryptobiotic tun state (bottom ) The armor of these tiny predators contains chitin, the same material incorporated in the cuticle of insects. The armor may slow the process of drying. In drier environments, heterotardigrades are predictably represented in larger numbers than are naked species. The armor plates may supply some degree of protection to the vulnerable active form.

Images courtesy of the author.

Contributing to their success as travelers is the fact that many tardigrades of moss, lichen and leaf litter are parthenogenetic, able to produce eggs without mating, and in a few cases are hermaphroditic, able to self-fertilize. A lone tardigrade on an ill wind—active, tun or egg—may be able to establish a population where it lands if the habitat is suitable. We may be under tardigrade rain right now.

Figure 7. These images of tardigrade claws are magnified 3,000 to 5,000 times. Even at so fine a scale, structures have developed that are distinctive to each genus, suggesting adaptations for different lifestyles. Tiny hooks suitable for spearing tiny hors d’oeurves contrast with bristling claws seemingly optimized for a raking, tearing attack. Little studied, tardigrades are far from understood. The diversity of claw types may have roles in mating, tun formation and other tardigrade activities that have not yet been discovered.

Images courtesy of the author and Clark W. Beasley of McMurry University.

At present there are about 1,100 described species of water bears, but not all are valid. Some descriptions are repeats and some are just plain flawed. Around 1,000 species have been properly identified and described. We have about 300 marine, 100 freshwater and 600 terrestrial species. But the land species are much easier to find and have been pursued by many more researchers over many more years. Still, my students have discovered and described four new species so far, and we are working to confirm another half dozen, including one found on the campus of Baker University in Kansas, where I am a faculty member. We believe there is an abundance of species yet to be discovered, especially in the nonterrestrial environments.

Finding a New One

Last summer, the student who inquired at my office, Rachael Schulte, became an intern working on our National Science Foundation grant under the Research at Undergraduate Institutions (RUI) program designed to teach research by exploring and expanding the biodiversity of the phylum Tardigrada in North America.

Figure 8. A light-microscope image reveals the dorsal plates and cirri, cuticular extensions, of what one day could be known officially as Multipseudechiniscus raney eu. While working with the author, Baker University undergraduate Rachael Schulte found the organism in samples her teacher had collected in California. They have submitted a paper describing the organism for publication.

Image courtesy of the author and Rachael Schulte.

After a couple of weeks of practice on lichen from local trees, Rachael had become proficient with the tools of the tardigrade trade—the dissecting scope, the wire Irwin loop, slide preparation, imaging, record keeping and identification to the level of genus. She was ready to work on actual research material, so we set her up with samples collected a couple of years before on a transect from more than 9,000 feet up in the Sierra Nevada Mountains down to Fresno, California.

Just a week later, she came to me with a finely made slide.

In 1983, Giuseppe Ramazzotti and Walter Maucci published the monograph The Phylum Tardigrada. It was translated from Italian into English by Clark Beasley in 1985. It is now 27 years out of date and includes only half of the described species. But it remains the reference of first resort. We started with the genus Pseudechinsicus. As I read the diagnostic questions in the key, Rachel worked the microscope to answer them.

The animal looked like Pseudechinsicus raneyi, as described by Gragrick, Michelic, and Schuster in 1964. We pulled up a copy of the paper from the files (we have PDF files of 95 percent of all tardigrade papers) and read. The description matched our animal. We then looked at the 1994 list of species, along with the relevant research papers and geographic distributions, prepared by McInnes. There were only two listings for our species—the original description from California and Schuster and Gragrick’s entry in their 1965 classic work on the western North American tardigrades, which added Oregon to Pseudechinsicus raneyi’s known range. Searching through the more recent literature in our database, Rachael discovered that I had also found the creature in Montana during my master’s work at the University of Montana, Missoula, in the late 1960s, although I did not publish the record until 2006. Now after 40 years we had a fourth record and a new location for an uncommon regional animal.

During our literature review, we learned that the genus was described by Gustav Thulin in 1911, who gave high taxonomic value to the presence of the pseudosegmental plate. Then in 1987, Kristensen revised the family Echinsicidae, redescribed the existing genera and added four new ones to the list. Because this occurred after our creature was described, we needed to confirm the genus assignment by reviewing its characteristics against the amended, more detailed description.

We started down the list of characteristics under the genus Pseudechiniscus I read the first line:

Our specimens did not match the description of the genus Pseudechinicus. So we checked the other generic descriptions within the family the same way and concluded that our specimens matched none of them. We now thought there were enough significant deviations from the existing descriptions to merit describing and naming a new genus.

Over the next several months we borrowed the original type specimen of Pseudechiniscus raneyi from the Bohart Museum at the University of California at Davis and confirmed that it was the same as our specimens. Rachael and I made images of the slides, measured multiple characteristics on each specimen and developed a comparative table. We checked and double checked our specimens. As we started to pass the draft of a manuscript back and forth, I asked Rachael whether she wanted to be a coauthor describing the new animal or to have it named after her.

Rachael presented a poster about the discovery at the November 2010 Sigma Xi International Meeting and Student Research Conference in Raleigh, North Carolina, with 250 other undergraduate researchers. The new genus of water bear is shown in Figure 8. Our manuscript reporting the find is under review at a peer-reviewed journal.


HOW DO THEY DO THAT?

The tardigrades are able to withstand such extreme conditions because they enter cryptobiosis status when conditions are unfavorable. It is an extreme state of anabiosis (decreased metabolism). According to the conditions they endure, the cryptobiosis is classified as:

    Anhydrobiosis: in case of environmental dehydration, they enter a “barrel status” because adopt barrel shaping to reduce its surface and wrap in a layer of wax to prevent water loss through transpiration. To prevent cell death they synthesize trehalose, a sugar substitute for water, so body structure and cell membranes remain intact. They reduce the water content of their body to just 1% and then stop their metabolism almost completely (0.01% below normal).

  • Cryobiosis: in low temperatures, the water of living beings crystallizes, it breaks the structure of cells and the living being die. Tardigrades use proteins to suddenly freeze water cells as small crystals, so they can avoid breakage.
  • Osmobiosis: it occurs in case of increase of the salt concentration of the environment.
  • Anoxybiosis: in the absence of oxygen, they enter a state of inactivity in which leave their body fully stretched, so they need water to stay perky.

Referring to exposures to radiation, which would destroy the DNA, it has been observed that tardigrades are able to repair the damaged genetic material.

These techniques have already been imitated in fields such as medicine, preserving rat hearts to “revive” them later, and open other fields of living tissue preservation and transplantation. They also open new fields in space exploration for extraterrestrial life (Astrobiology) and even in the human exploration of space to withstand long interplanetary travel, ideas for now, closer to science fiction than reality.


All about Waterbear (Tardigrade)

FACTS: One of the more fascinating organisms in the microsphere is the common tardigrade – technically speaking, “slow walker.” However, it is not the tardigrade’s sluggish speed that captures the attention, but rather the fact that as this miniscule creature lumbers along on its eight tiny legs, it bears an uncanny resemblance to, well, a bear.

First described in 1773 by Johann August Ephraim Goeze as “kleiner Wasserbär,” these “little Waterbears” are unusually hardy. By entering a state of cryptobiosis – a kind of super-hibernation where the metabolism becomes inactive – waterbears can survive in boiling water, and at temperatures very close to absolute zero. They can dry out and survive 99% dehydrated for decades. They can survive a thousand times more radiation than humans can. They can even survive in the vacuum of outer space!

Needless to say, with these death-defying abilities, waterbears are found all over the world, from the highest mountain peaks to the depths of the deep. But they are typically found nearby in the miniature rainforests created by common mosses (indeed, they are sometimes called “moss piglets”) – so backyard adventurers with low-powered microscopes can easily go on a waterbear hunt.

But never fear: although a few species (such as the grizzly Milnesium tardigradum) are aggressively carnivorous, as a whole, waterbears (including our own Hypsibius dujardini) are quiet herbivores who live gentle little lives, picnicking and playing – and taking long, slow walks.


CONCLUSIONS

Despite their overall abundance and cosmopolitan distribution, the Tardigrada have been relatively neglected by invertebrate zoologists. Because of difficulties in collecting and culturing the organisms and their apparent lack of economic importance to humans, our knowledge of tardigrades has lagged that of other groups. However, their importance in elucidating the phylogeny of the Metazoa, particularly the arthropods, has recently increased interest in this group. In addition, their development and ecology are poorly understood, and proper training of taxonomists skilled in identifying tardigrade species is essential for systematic, ecological, and molecular analyses.

Tabela 1. Subdivision of the Phylum Tardigrada with Habitat Classifications (Nelson, 2001)


Secrets of the amazing tardigrades revealed by their DNA

New genome sequences shed light on both the origins of the tardigrades (also known as water bears or moss piglets), and the genes that underlie their extraordinary ability to survive in extreme conditions. A team of researchers led by Mark Blaxter and Kazuharu Arakawa from the universities of Edinburgh, Scotland and Keio, Japan respectively, have carefully stitched together the DNA code for two tardigrade species, and their results are presented in an article publishing 27 July in the open access journal PLOS Biology.

Tardigrades are microscopic animals, justly famous for their amazing ability to withstand complete dehydration, resurrecting years later when water is again available. Once desiccated, they have been frozen in ice, exposed to radiation, sent into space vacuum. and still they spring back to life.

Tardigrades became more famous recently when it was suggested that their DNA was a mix of animal and bacterial segments, making them "Frankenstein" hybrids. The new research has now laid the Frankenstein idea to rest by arguing that tardigrade DNA looks "normal," with no evidence that these special animals use extraordinary means to survive. Previous ideas that they might have taken up large numbers of foreign genes from bacteria are shown to be due simply to contamination.

But what is "normal" to a tardigrade is still enigmatic and exciting. At less than a millimetre in length, tardigrades are too small to leave fossils, but using the new genomes, the scientists were able to explore what the DNA could tell them about where tardigrades sit in the tree of animal life. Tardigrades are a distinct type of animal whose closest relatives are arthropods (insects, spiders and their allies) and nematodes (roundworms). But which is closest? While the accepted view is that their four pairs of stubby legs make them more closely related to arthropods, the DNA evidence surprisingly strongly favoured a closer kinship with nematodes.

The researchers then looked at a set of genes -- the so-called HOX genes -- used to lay down the nose-to-tail pattern in embryos. There are usually about ten different HOX genes in animals, each involved with a different part of the nose-to-tail pattern. They found that tardigrades were missing five HOX genes, and that most nematodes also were missing the same five genes. This is either a coincidence or further evidence that tardigrades and nematodes are closely related.

It was also possible to identify the genes that tardigrades use to resist the adverse effects of desiccation. By asking which genes were turned on during the drying process, scientists could identify sets of proteins that appear to replace the water that their cells lose, helping to preserve the microscopic structure until water is available again. Other proteins look like they protect the tardigrades' DNA from damage, and may explain why they can survive radiation.

"I have been fascinated by these tiny, endearing animals for two decades. It is wonderful to finally have their true genomes, and to begin to understand them. It has also been great to work with Kazuharu Arakawa and his Japanese colleagues on this -- science is truly global, and together we achieved exciting things," Professor Mark Blaxter said. "This is just the start -- with the DNA blueprint we can now find out how tardigrades resist extremes, and perhaps use their special proteins in biotechnology and medical applications."


Frozen Siberian microbes just woke up from a 24,000-year nap—and immediately got busy

The microscopic organisms wasted no time cloning themselves.

Tiny microscopic organisms came back to life after they thawed out.

In 2015, a team of scientists extracted a core of frozen sediment from the permafrost in northern Siberia, near the Arctic Ocean. After getting thawed out in the lab, tiny microscopic organisms from that soil, called bdelloid rotifers, wriggled back to life—following what could be described as a 24,000-years-long nap, according to new research published in the journal Biologia Atual.

“It’s like a tale of Sleeping Beauty,” says coauthor Nataliia Iakovenko, a biologist at the University of Ostrava in the Czech Republic. Except instead of one hundred years of dormancy, these bdelloid rotifers were most recently kicking around in the Late Pleistocene. And instead of a cursed princess, we’re talking about some extremely hardy worm-like invertebrates, about a third of a millimeter in size, which do not exist in male form and reproduce by cloning themselves.

“The important message is these molecular mechanisms which help them to survive have a very long expiration date,” says Iakovenko.

When the researchers collected the permafrost samples, they used drilling and trimming techniques that helped reduce the risk of inadvertent mixing with modern-day microbes. To pinpoint the rotifers’ age, the scientists took adjacent material from the core and sent it to a lab in Arizona for radiocarbon dating, which revealed an age of 23,960 to 24,480 years. Meanwhile, the rotifers themselves, along with other soil organisms, sprung to life in the lab after defrosting into balmy 64-degree conditions. For contrast, when the researchers removed them from the permafrost the temperature of the frozen sediment was 21 degrees Fahrenheit, and average temperatures for the permafrost sit at around 14 degrees Fahrenheit.

These creatures can survive this type of extreme scenario because they are adapted to frequent or irregular drying or freezing, says Stas Malavin, a coauthor on the study and a researcher at the Institute of Physicochemical and Biological Problems in Soil Science in Russia. “From previous research on rotifers, we know that they are very tough animals, they can resist many different harmful conditions.” When frozen like this, the rotifers’ state can be compared to clinical death, says Malavin—but one that’s reversible.

This study is “one of very few studies that have demonstrated multi-thousand year survival of a eukaryote, an organism whose cells have a nucleus, wrote Peter Convey, a terrestrial ecologist at the British Antarctic Survey, in an email to Popular Science. Previous research has suggested that nematodes can survive for even longer, at over 40,000 years, while several studies on moss, for example, also found lengthy (though far shorter) survival times. Rotifers, tardigrades (or “water bears”) and nematodes are known for cryptobiosis, says Convey, meaning they can survive in a “suspended” state when exposed to serious stressors like sub-zero temperatures or desiccation.

“I guess one of the largest challenges with any such studies is that of contamination,” wrote Convey, who was not involved in the research. In other words, “how can you be absolutely sure that nothing has had the chance to percolate down through the [soil] over time, or how to be sure there have not been any events disturbing the continuity of permafrost over this time.”

These new findings, Malavin says, will help researchers figure out what specific mechanisms allow organisms to preserve themselves in such fatal conditions. Further research could eventually contribute to scientists’ understanding of how to better preserve human or endangered species sperm, says Malavin, or transplanted human organs like hearts, which can currently only be preserved for very short time periods.

While these rotifers may have technically survived for 24,000 years, their normal lifespan is quite brief. “Can you imagine,” Iakovenko mused, “that they can survive for 24,000 years frozen, but then they just live one month and die?”


Save the pangolins

Pangolins are one of the world's most interesting animals. They are the only mammals to be covered from head to tail in scales. Because they have no teeth, they will deliberately eat stones (and nibble their own scales) to break up food in their stomachs. When they roll up into a defensive position, their scales can withstand a lion or tiger's jaws and, a bit like skunks, they can emit a stinky fluid to deter any would-be predators.

Unfortunately, some species are on the edge of extinction. Education and awareness are important aspects of their protection.

Traditional Chinese medicine is far from a quaint, ancient wisdom. Instead, it's a multi-billion-dollar black market that tortures bears and skins pangolins. It's a leading factor driving the extinction of some species. Knowing this gives us the ability and tools by which to stop it. Law enforcement and anti-trafficking operations are insufficient. We must tackle the root causes of pangolin trafficking.

Jonny Thomson teaches philosophy in Oxford. He runs a popular Instagram account called Mini Philosophy (@philosophyminis). His first book is Mini Philosophy: A Small Book of Big Ideas.


Assista o vídeo: Testando Álcool 70% em Micro-organismos vivos! (Novembro 2021).