Quem se maravilhou com o planeta Pandora do filme Avatar (2009) de James Cameron, viu a exuberância de um mundo iluminado pela própria natureza. Apesar dos momentos tortuosos de ação de um homem estrangeiro na luta pela sobrevivência em um habitat desconhecido, a história se preocupa em mostrar a importância e a beleza da vida trazendo em algumas de suas cenas mais épicas um fenômeno encantador: a bioluminescência.
Do grego bios, que significa “vida”, e do latim lumen, que significa “luz”, a bioluminescência nada mais é do que a emissão de luz visível e fria por organismos vivos. O papel principal deste show de brilhos e cores é das luciferinas, uma classe de pigmentos que emitem fótons quando reagem com o oxigênio sob a aceleração da enzima luciferase. O fenômeno é resultante da transformação de energia química em luminosa, havendo mínima liberação de calor.
Descoberta pelo francês Raphael Dubois em 1885, a luciferina pode ser sintetizada pelo próprio organismo emissor de luz ou por micro-organismos, como bactérias, que se unem ao emissor em um processo simbiótico. O azul e o verde são as cores mais comumente vistas, mas todas as cores do espectro podem ser emitidas.
Presente em diversos organismos marinhos e terrestres, a funcionalidade da bioluminescência é variada, abrangendo ações de camuflagem, atração de presas, sinalização sexual e defesa e comunicação entre a espécie.
Glowworms: Tão luminosos quanto um Expecto Patronum!
Agora que explicamos o princípio da bioluminescência, vamos para o outro lado do mundo?
As Waitomo Caves são uma maravilha da natureza. O conjunto milenar de cavernas fica localizado no distrito de Waitomo, na Ilha Norte da Nova Zelândia. O sistema de ductos é imenso, sendo possível realizar visitas guiadas para admirar a riqueza geológica do local. Os passeios são feitos a pé e de barco, já que as cavernas estão parcialmente submersas. A diversidade do ecossistema que se criou ao longo do tempo é tanta que até mesmo esportes radicais como rafting e rapel são conduzidos por lá! E tudo isso para presenciar a atração turística mais bela do local: os glowworms.
Presentes em cavernas pelo mundo, eles são realmente encontrados em grande número e variedade na região da Australásia. De natureza fascinante, os glowworms, cientificamente nomeados de Arachnocampa luminosa, são larvas de insetos que ficam localizadas no teto e paredes dessas cavernas, onde emitem uma luz azul brilhante, criando um céu estrelado dentro de Waitomo. Estes inquilinos típicos da Nova Zelândia encontraram neste ambiente as condições ideais de umidade, temperatura e luminosidade para seu desenvolvimento.
A espécie, em maori conhecida como titiwai, que significa “projetada sobre a água”, foi inicialmente descrita em 1871 mas, a princípio confundida com o pirilampo, foi referenciada pelo nome científico atual somente em 1924. A designação se deve ao seu mecanismo de atração e captura de presas, em que “arachno” se refere à sua capacidade de tecer fios como armadilhas (de modo semelhante às aranhas) e “luminosa” ao seu brilho emitido.
Os glowworms passam a maior parte do seu ciclo de vida em estágio larval. É em seu sistema digestivo que ocorre a reação enzimática da luciferase, gerando a bioluminescência, utilizada por eles para atrair presas. Além da luz, essas larvas tecem tubos de fios pegajosos, constituídos por muco e água, ao longo do qual se acumulam gotículas. Com brilho intermitente, a larva o concentra em sua cauda e o utiliza para iluminar esses tubos de fios, criando gotas reflexivas e atraindo ainda mais insetos, que ficam grudados nessa “cola” para posteriormente serem devorados.
Após completar o estágio larval, os glowworms formam um casulo para se transformarem em mosquitos que não possuem a habilidade de se alimentar, já que não contam com tubo digestório completo, vivendo apenas o suficiente para se reproduzirem. Os ovos são postos no teto das próprias cavernas, cumprindo o ciclo de vida dos insetos, que depois morrem de fome. Curiosamente, diversas vezes os insetos morrem presos nas armadilhas luminosas criadas por seus colegas em fase larval.
Ritmo Circadiano: o que acontece em 24 horas?
O ritmo circadiano é o período de tempo sobre o qual se baseia o ciclo biológico de quase todos os seres vivos, durando aproximadamente 24 horas. Sua atuação está intimamente atrelada ao relógio biológico, que se refere, por vez, ao conjunto de processos que ocorrem de forma periódica nos organismos. Esses dois mecanismos permitem a sincronização dos processos que ocorrem na maioria das formas de vida existentes.
Nosso ritmo de vida é influenciado principalmente pela sazonalidade, ou seja, dia e noite em que nos expressamos em estado de vigília e de relaxamento, respectivamente. É através desta percepção do tempo que realizamos diferentes atividades e que funções do nosso corpo são acionadas, como o controle de temperatura, pressão arterial, ritmo cardíaco, níveis hormonais, entre outros. Alterações nesta cronologia causam distúrbios como insônia, atraso ou adiantamento do sono e a síndrome “jet-lag”.
O fenômeno foi primeiramente observado pelo astrônomo Jean Jacques d’Ortous de Mairan, em 1729. Ele percebeu que as folhas da planta popularmente conhecida como “dormideira” (Mimosa pudica) mantinham a alternância de seus movimentos foliculares quando submetidas à iluminação constante. Ou seja, as folhas da planta “fechavam-se” durante a noite, mesmo a planta estando sob a luz.
Experimentos posteriores concluíram que mesmo na ausência de pistas ambientais externas, o ritmo biológico permanece. A importância é tanta que o assunto rendeu o Prêmio Nobel de Medicina 2017 aos cientistas que desvendaram os genes que controlam o ritmo circadiano. Eles afirmam que este mecanismo é fundamental para nos adaptarmos e nos anteciparmos às mudanças do dia a dia. Assim, nossa percepção cronológica do ambiente à nossa volta instintivamente nos sinaliza o que está por vir e regula nossas atividades e processos fisiológicos.
E qual a relação entre bioluminescência, relógio biológico e Biotecnologia?
O caso é que em seres bioluminescentes como os glowworms, a percepção do ambiente ocorre de forma diferente. A luz emitida pelo próprio organismo é o que sincroniza seu relógio biológico, tornando-o bem menos dependente de fatores externos. Essa característica permite o estudo da relação entre a bioluminescência e o ritmo circadiano dessas larvas, assim como sua potencial utilização para regular o relógio biológico de pessoas que sofrem com disfunções relacionadas ao sono.
Um experimento de 2015, por exemplo, realizou a transferência do mecanismo circadiano de cianobactérias para a clássica bactéria Escherichia coli por meio da Engenharia Genética. As cianobactérias são as únicas bactérias que possuem um relógio biológico interno devido à realização da fotossíntese, característica ausente na E. coli, que é o organismo receptor. Os circuitos biológicos se remodularam e a cada ativação do ciclo biológico, era emitida fluorescência, fazendo com as bactérias E. coli brilhassem de forma rítmica.
Estas bactérias circadianas poderiam futuramente atuar em estratégias terapêuticas para programar a liberação de remédios em momentos precisos já que vários deles têm sua eficácia afetada pela hora do dia e o ponto do ciclo circadiano que o paciente está quando o mesmo é administrado.
Apesar de projetos ainda escassos na área, espera-se que a melhor compreensão do ritmo circadiano dos glowworms permita um feito semelhante ao estudo anterior e que possa ser utilizada como estratégia terapêutica na liberação de medicamentos de acordo com seu horário de mais comprovada eficiência.
Assim, além de um espetáculo da natureza, os glowworms podem contribuir com a biotecnologia farmacêutica remodulando o ciclo circadiano através do uso de sua luminescência como fator regulador, podendo auxiliar no tratamento de transtornos que afetam o sono, e consequentemente, a produtividade e o equilíbrio mental de diversas pessoas no mundo. Você sabia da existência desses organismos? E o que achou das aplicações biotecnológicas? Conta pra a gente e compartilha com os amigos!
Referências:
Tudo para Viajar (2011). Waitomo Glowworm Caves. Acessado em 05/12/2017. Disponível em: http://www.tudoparaviajar.com/nova-zelandia/waitomo/glowworm-caves
Acidez Mental (2017). A ciência envolvida no filme Avatar. Acessado em 05/12/2017. Disponível em: http://www.acidezmental.com/a_ciencia_do_filme_avatar/
Mayara Cardoso (2017). Bioluminescência. Acessado em 05/12/2017. Disponível em: https://www.infoescola.com/bioquimica/bioluminescencia/
Joanna Klein (2016). The Gooey Details Behind a Glow Worm’s Starry Night Illusions. Acessado em 05/12/2017. Disponível em:
https://www.nytimes.com/2016/12/16/science/glow-worms-new-zealand.html
Siouxsie Wiles (2015). Meet Arachnocampa luminosa, New Zealand’s amazing glowing ‘maggot’. Acessado em 05/12/2017. Disponível em:
Cesar Baima (2015). Cientistas transferem relógio biológico de um organismo a outro. Acessado em 10/12/2017. Disponível em:
