As bactérias usam seus relógios internos de 24 horas para antecipar a chegada de novas estações.
Por Centro John Innes com informações Science Daily.
As bactérias usam seus relógios internos de 24 horas para antecipar a chegada de novas estações, de acordo com uma pesquisa realizada com a ajuda de um “desafio do balde de gelo”.
Esta descoberta pode ter implicações profundas para a compreensão do papel que os ritmos circadianos – uma versão molecular de um relógio – desempenham na adaptação das espécies às mudanças climáticas, desde animais migratórios até plantas com flores.
A equipe por trás das descobertas deu às populações de algas verde-azuladas (cianobactérias) diferentes durações artificiais de dias a uma temperatura quente constante. Amostras em placas receberam dias curtos, dias de equinócio (luz e escuridão iguais) ou dias longos, por oito dias.
Após esse tratamento, as algas verde-azuladas foram mergulhadas em gelo por duas horas e as taxas de sobrevivência foram monitoradas.
Amostras que foram expostas a uma sucessão de dias curtos (oito horas de luz e 16 horas de escuridão) em preparação para o desafio gelado alcançaram taxas de sobrevivência de 75%, até três vezes mais altas do que as colônias que não foram preparadas dessa maneira.
Um dia curto não foi suficiente para aumentar a resistência das bactérias ao frio. Somente após vários dias curtos, e idealmente de seis a oito dias, as chances de vida das bactérias melhoraram significativamente.
Em cianobactérias que tiveram genes que compõem seu relógio biológico removidos, as taxas de sobrevivência foram as mesmas, independentemente da duração do dia. Isso indica que o fotoperiodismo (a capacidade de medir o ciclo dia-noite e mudar a fisiologia de alguém em antecipação à próxima estação) é crítico na preparação de bactérias para mudanças ambientais de longo prazo, como uma nova estação ou mudanças no clima.
“As descobertas indicam que as bactérias na natureza usam seus relógios internos para medir a duração do dia e quando o número de dias curtos atinge um certo ponto, como acontece no outono, elas ‘mudam’ para uma fisiologia diferente em antecipação aos desafios invernais que estão por vir”, explicou a primeira autora do estudo, Dra. Luísa Jabbur, que era pesquisadora na Universidade Vanderbilt, Tennessee, no laboratório do Prof. Carl Johnson quando este estudo ocorreu, e agora é uma BBSRC Discovery Fellow no John Innes Centre.
O laboratório Johnson tem uma longa história de estudo do relógio circadiano de cianobactérias, tanto de uma perspectiva mecanicista quanto ecológica.
Estudos anteriores mostraram que as bactérias têm uma versão de um relógio biológico, o que pode permitir que elas meçam as diferenças na duração do dia e da noite, oferecendo uma vantagem evolutiva.
Este estudo, publicado na Science, é a primeira vez que alguém mostra que o fotoperiodismo em bactérias evoluiu para antecipar sinais sazonais.
Com base nessas descobertas, um horizonte totalmente novo de exploração científica aguarda. Uma questão-chave é: como um organismo com uma vida útil entre seis e 24 horas desenvolve um mecanismo que o permite não apenas reagir, mas antecipar, condições futuras?
“É como se elas estivessem sinalizando para suas células filhas e netas, passando informações de que os dias estão ficando mais curtos, que é preciso fazer alguma coisa”, disse o Dr. Jabbur.
A Dra. Jabbur e seus colegas do John Innes Centre usarão, como parte de sua BBSRC Discovery Fellowship, cianobactérias como uma espécie modelo de reprodução rápida para entender como as respostas fotoperiódicas podem evoluir em outras espécies durante as mudanças climáticas, com aplicações promissoras em grandes culturas.
Uma parte fundamental deste trabalho será entender mais sobre os sistemas de memória molecular pelos quais as informações são passadas de geração para geração nas espécies. A pesquisa investigará a possibilidade de que um acúmulo de compostos durante a noite em dias curtos atue como um interruptor molecular que desencadeia a mudança para uma fisiologia ou fenótipo diferente.
Para a Dra. Jabbur, as descobertas representam um avanço científico no início da carreira, apesar do ceticismo inicial de seu mentor científico e autor correspondente do artigo, o Professor Carl Johnson.
“Além de ser uma pessoa fascinante e uma inspiração, Carl canta no Nashville Symphony Chorus, e ele tem uma risada operística! Isso ecoou pelo departamento quando eu delineei minha ideia para o desafio gelado, para ver se o fotoperíodo era uma deixa para cianobactérias em seu elemento natural”, disse o Dr. Jabbur.
“Para ser justo, ele me disse para ir embora e tentar, e enquanto eu ia, ele me mostrou uma placa em sua porta com a citação de Frank Westheimer: ‘O progresso é feito por jovens cientistas que realizam experimentos que os cientistas mais velhos dizem que não funcionariam.’
“Funcionou, na primeira vez. Então repeti os experimentos. Há algo muito precioso em olhar para um conjunto de placas com bactérias e perceber que naquele momento você sabe algo que ninguém mais sabe.”
Fonte da história:
Materiais fornecidos pelo John Innes Centre . Nota: O conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e ao comprimento.
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Referência do periódico :
Maria Luísa Jabbur, Benjamin P. Bratton, Carl Hirschie Johnson. Bacteria can anticipate the seasons: Photoperiodism in cyanobacteria. Science, 2024; 385 (6713): 1105 DOI: 10.1126/science.ado8588
