Ritmos Circadianos em Besouros da Farinha Vermelha

Todos os seres vivos, desde bactérias minúsculas até os humanos, apresentam padrões diários em suas funções corporais e comportamentos. Esses padrões são chamados de Ritmos Circadianos, que ajudam os organismos a se ajustarem a mudanças regulares no ambiente, como dia e noite. Os ritmos circadianos não são apenas reações ao ambiente; eles são controlados por sistemas internos conhecidos como relógios circadianos. Esses relógios podem ser influenciados por sinais externos como luz e Temperatura.

Conseguir antecipar mudanças no ambiente tem benefícios claros. Por exemplo, ajuda os animais a evitarem condições adversas, encontrarem comida e se acasalarem com sucesso. Também permite que eles trabalhem em sincronia com outros da mesma espécie, o que pode diminuir a competição e o risco de serem caçados. Além desses benefícios, um Relógio Circadiano ajuda a manter os processos biológicos funcionando de forma suave, independentemente das mudanças que acontecem no ambiente. Mesmo espécies que vivem em condições imprevisíveis têm relógios moleculares funcionais, o que mostra seu valor interno.

Os relógios circadianos funcionam de maneira semelhante entre diferentes grupos de animais. Seu funcionamento se baseia em genes e proteínas específicos que criam ciclos regulares. Grande parte do que sabemos sobre esses mecanismos vem de estudos em animais de laboratório comuns, como camundongos e moscas da fruta. Nas moscas da fruta, certas proteínas atuam como supressores para regular o ritmo, enquanto em mamíferos, diferentes proteínas desempenham a mesma função. No entanto, uma diferença chave é como a luz afeta esses relógios. Nas moscas da fruta, a luz provoca a degradação de certas proteínas, enquanto em mamíferos, ativa a transcrição de genes.

Embora a maioria das pesquisas tenha se concentrado nas moscas da fruta, existem muitas espécies de insetos com habitats diversos. Cada uma pode ter desenvolvido seus próprios mecanismos de relógio únicos adequados ao seu ambiente. Por exemplo, alguns insetos como besouros e abelhas têm uma versão de uma proteína que não é sensível à luz, ao contrário das moscas da fruta. Outras espécies como os mosquitos têm tanto proteínas sensíveis à luz quanto não sensíveis. Essa variedade destaca a importância de estudar diferentes espécies de insetos para entender completamente os relógios circadianos.

#O Besouro da Farinha Vermelho

O besouro da farinha vermelho é uma praga comum encontrada em grãos armazenados e está se tornando cada vez mais importante em muitos campos científicos. Esses besouros geralmente vivem em ambientes escuros, como áreas de armazenamento de grãos ou sob cascas de árvores. Eles se adaptaram a seus arredores escuros ao perder certos receptores sensíveis à luz e ganhar mais receptores para olfato e sabor. Embora normalmente evitem a luz, às vezes se arrastam para superfícies onde podem ser expostos à luz, especialmente durante o acasalamento.

Apesar de seus hábitos de vida escura, estudos mostraram que eles ainda possuem os genes necessários para um relógio funcional. No entanto, não está claro se esses besouros exibem comportamento rítmico ligado ao seu relógio circadiano.

Esses besouros possuem homólogos para todos os genes conhecidos do relógio em moscas da fruta. Pesquisas iniciais sobre o relógio molecular em besouros da farinha mostraram que vários genes centrais do relógio são expressos ritmicamente. Notavelmente, em vez da proteína sensível à luz encontrada nas moscas da fruta, esses besouros têm uma variante não sensível à luz cuja função ainda não é totalmente compreendida. Isso faz do besouro da farinha vermelho um modelo único para estudar relógios de insetos e a transição de relógios do tipo mosca da fruta para o tipo mamífero.

Medir o movimento desses besouros é o método tradicional usado para avaliar seus ritmos circadianos. Estudos anteriores demonstraram que esses besouros mostram padrões de movimento rítmicos tanto em ciclos luz-escuro quanto em escuridão constante. No entanto, esses estudos apenas forneceram dados médios e não examinaram variações individuais dentro da população. Entender as variações individuais é crucial, pois pode ajudar a revelar como os organismos se adaptam ao seu ambiente.

Além disso, nenhuma pesquisa foi realizada para ver se o relógio circadiano desses besouros pode ser afetado por mudanças de temperatura. Portanto, este estudo tem como objetivo investigar os padrões de atividade locomotora do besouro da farinha vermelho e examinar como luz e temperatura afetam seu comportamento.

#Materiais e Métodos

#Culturas de Besouros

Para este estudo, usamos duas populações de besouros da farinha vermelhos, uma coletada da Croácia e a outra de uma linhagem adaptada em laboratório já estabelecida na Califórnia. Os besouros foram mantidos sob condições controladas, com temperatura e umidade fixas, além de um ciclo regular de luz e escuridão. Os besouros eram alimentados com uma dieta mista de farinha tratada termicamente e levedura.

#Monitoramento da Atividade Locomotora

Usamos um sistema de monitoramento projetado para moscas da fruta para observar os movimentos de besouros individuais. Cada besouro foi colocado em um pequeno tubo com comida, e seus movimentos foram rastreados por um feixe de luz infravermelha. Besouros virgens foram usados para o monitoramento.

#Padrões de Atividade Circadiana em Diferentes Condições

Observamos os padrões de atividade dos besouros sob um ciclo normal de luz e escuridão seguido por escuridão constante. Para entender como a luz constante afeta seu comportamento, também monitoramos os besouros após terem sido expostos à luz. Observamos especificamente como duas populações de besouros se comportavam em relação uma à outra.

#Ajuste às Mudanças de Temperatura

Para ver se variações de temperatura podem influenciar a atividade dos besouros, também estudamos como eles se comportavam em um ciclo de temperatura variável em escuridão constante.

#Interferência de RNA

Para determinar o papel de um gene chave envolvido no relógio circadiano, usamos um método para reduzir a expressão do gene em besouros na fase de pupa. Após amadurecerem, observamos seus padrões de atividade para ver como a redução afetou seu comportamento.

#Análise Comportamental

Após monitorar suas atividades, analisamos os dados coletados em busca de padrões e variações. Observamos especificamente como diferentes condições ambientais impactaram sua ritmicidade e níveis de atividade.

#Padrões de Atividade Locomotora

#Ajuste à Luz e Escuridão Constante

Em condições normais de luz, os besouros mostraram padrões claros em seu movimento. Eles exibiram picos de atividade em momentos específicos, como antes das luzes se acenderem e durante a noite. Os níveis de atividade caíram pouco antes das luzes se acenderem pela manhã, o que chamamos de "queda matinal".

Quando colocados em escuridão constante, os padrões de atividade foram semelhantes, exceto pelas respostas relacionadas à luz. No entanto, diferentes indivíduos mostraram padrões de atividade variados. Alguns besouros mantiveram seus ritmos enquanto outros não.

#Efeitos da Luz Constante

Sob condições de luz constante, os besouros exibiram menor ritmicidade em comparação com quando foram expostos a um ciclo normal de luz e escuridão. Os machos tendiam a mostrar um comportamento rítmico mais acentuado do que as fêmeas nessas condições.

#Diferenças Entre Populações

Ambas as populações de besouros exibiram padrões comportamentais semelhantes, mas a população adaptada em laboratório demonstrou níveis médios de atividade mais baixos. Variações na ritmicidade estavam presentes, com uma população exibindo uma maior proporção de besouros rítmicos do que a outra.

#Ajuste à Temperatura

Quando expostos a um ciclo de temperatura variável, os besouros exibiram ritmos de atividade semelhantes aos vistos sob condições de luz. No entanto, esses ritmos eram menos pronunciados. Curiosamente, apenas os besouros machos mantiveram um ritmo claro sob condições de temperatura constante, enquanto as fêmeas mostraram um comportamento mais errático.

#Redução do Gene Clk

Após a redução da expressão do gene crítico do relógio, observamos que a ritmicidade nos besouros diminuiu significativamente. Isso apoia a ideia de que o relógio circadiano é essencial para controlar o comportamento desses besouros.

#Discussão

Nosso estudo encontrou que os besouros da farinha vermelhos exibem padrões claros de movimento diário influenciados tanto pela luz quanto pela temperatura. A “queda matinal” observada e os picos de atividade à noite indicam que eles podem antecipar essas mudanças ambientais. No entanto, variações de comportamento entre os besouros individuais sugerem diferenças em como o relógio interno de cada besouro responde a sinais externos.

Muitos insetos são conhecidos por apresentarem comportamentos diferentes com base na hora do dia, o que pode estar relacionado aos seus hábitos reprodutivos. Para os besouros da farinha vermelhos, os machos podem possuir uma maior urgência em buscar parceiros durante determinados momentos, levando a uma ritmicidade mais pronunciada.

Curiosamente, a flutuação dos níveis de atividade em escuridão constante sugere que, embora os relógios internos dos besouros sejam funcionais, eles podem não regular o comportamento tão fortemente quando os sinais externos estão ausentes. Essa observação levanta questões sobre quais fatores poderiam influenciar a evolução de seus relógios circadianos, especialmente considerando que os besouros da farinha vermelhos vivem em ambientes que carecem de exposição regular à luz.

Nossas descobertas sobre os efeitos da luz constante nos besouros foram notáveis. Diferente das moscas da fruta, onde a luz constante geralmente leva a um comportamento arrítmico, as proteínas não sensíveis à luz desses besouros sugerem que suas reações à luz constante podem ser mediadas por outros fotoreceptores ainda não identificados.

#Conclusão

O estudo lança luz sobre os comportamentos circadianos dos besouros da farinha vermelho, mostrando sua capacidade de manter ritmicidade sob diversos sinais ambientais. Esta pesquisa não apenas contribui para nossa compreensão da biologia dos insetos, mas também pode fornecer insights sobre estratégias de controle de pragas. Entender a influência dos ritmos circadianos pode levar a métodos aprimorados para gerenciar e capturar essas pragas em ambientes agrícolas. Além disso, novos estudos sobre as influências sociais em seus relógios circadianos podem revelar ainda mais sobre seu comportamento e biologia. Em última análise, este trabalho aumenta nosso conhecimento geral sobre ritmos circadianos em várias espécies de insetos e suas adaptações a diferentes ambientes.