• CIÊNCIA

BIOLOGIA

Sob' o jugode CronosEquipe comprova a variedadede ritmos queorganizam a vida dos animais

FRANCISCO BICUDO

Houve uma época emque, durante quatromeses seguidos - nempensar em descansarnos finais de semana

ou feriados -, um grupo de biólogosdo Museu de Zoologia da Universida-de de São Paulo (USP) acompanhoudia a dia o crescimento e a reproduçãode colêmbolos, insetos primitivos semolhos nem pigmentação, que têm me-nos de um milímetro de comprimentoe habitam regiões profundas das caver-nas. Revezando-se em turnos de traba-lho, os pesquisadores perderam a con-ta das noites que passaram em claroou apenas com um cochilo num col-chonete estirado num canto da sala, jáque a cada oito horas era preciso ano-tar o que ocorria em cada um dos 486frascos, cada um com um único inse-to. Houve momentos de desconfortotambém quando seguiram o dia-a-diade abelhas solitárias da espécie Tetra-glossula anthracina, nos brejos do in-terior paulista, ou o desenvolvimentodo mosquito anófele, o transmissor damalária, desta vez na Mata Atlânticaparanaense.

As centenas de páginas de anotaçõesatestam que se deve considerar a exis-tência de uma complexa organizaçãotemporal para compreender o funcio-namento das atividades cotidianas dosseres vivos, como alimentação, sono,descanso e o trabalho de modo geral.Com o reforço de dados extras, obti-

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dos com as formigas saúvas (Ata sex-dens) e abelhas sociais sem ferrão (Fri-eseomelitta doederleini), as espécieshojeem estudo, o grupo coordenado porMirian David Marques descobriu queessa organização temporal envolve nãosó um relógio biológico, como se pen-sava, mas pelo menos dois outros ti-pos. De todos, o mais conhecido é ocircadiano - com uma duração aproxi-mada de 24 horas, é regido pela alter-nância entre claro e escuro e coordena,por exemplo, o sono dos seres huma-nos. Mas há ainda os ultradianos, que

. duram menos de 20 horas, como osbatimentos cardíacos e os ritmos res-piratórios, e os infradianos, que supe-ram as 28 horas, como acontece com atroca de pele de alguns insetos, queocorrem em períodos variáveis de doisdias a um ano.

"A tendência era considerar o cir-cadiano como uma espécie de relógi-co único", comenta Mirian. Seu traba-lho com ritmos biológicos, iniciado há18 anos, ganhou em 2000 a adesão deum grupo de físicos e de geólogos, queajudaram a interpretar o comporta-mento dos animais - um dos resulta-dos do trabalho conjunto é um novomodelo matemático que explica os rit-mos infradianos, publicado em no-vembro de 2000 no Journal of Theore-tical Biology. ''A consistência e a belezados projetos residem exatamente nodiálogo constante com outros grupos",diz a pesquisadora.

A equipe, se por um lado quebrouo monopólio do ritmo circadiano, poroutro reafirmou a importância dessaforma de organização temporal dosorganismos. O circadiano surpreendeuao mostrar que faz parte da vida degrilos de cavernas Strinatia brevipen-nis - sempre às escuras, pareciam nãoprecisar de um relógio desse tipo - e oquanto é precoce na vida humana. Umestudo publicado em fevereiro na Bio-logical Rhythm Research, que contoucom a colaboração da equipe da USP,comprova a manifestação do circadia-no em bebês prematuros: ao contráriodo que se imaginava, já que bebês ain-da não se relacionam com o claro e oescuro, a pesquisa exibiu uma variaçãoda temperatura dos recém-nascidos quese repete a cada ciclo de aproximada-mente 24 horas - indício evidente deregistro do circadiano.

Como explicar? Segundo Mirian,há uma espécie de memória ou registroprimitivo do circadiano em quase to-dos os seres vivos, como uma herançados ancestrais mais remotos de cadaespécie. Já se sabia que o controle doritmo biológico está associado aos ge-nes per (de period), identificados nosanos 70, e a outros, como o tim (time-less) e o cry (cryptochrome), descober-

o grilo Strinatia brevipennis:vive no escuro das cavernas, mas

a cada 24 horas fica mais ativo

ns:nasivo

A avaliação do compor-tamento do mosquito do gê-nero anófele, inseto de hábi-tos noturnos e responsávelpela transmissão da malária,reservava um desafio maior.Estavam em jogo, afinal, dis-tintos ritmos biológicos: odo parasita, do hospedeiro edo próprio transmissor dadoença. Não foi fácil separaressas variáveis. O trabalho decampo envolveu quatro me-ses de observações, de outu-bro de 1995 a janeiro de 1996,na encosta da Serra do Ma-rumbi, 6 quilômetros ao nor-te de Morretes, no Paraná.

Com imenso cuidado pa-ra eles próprios não pega-rem malária, os pesquisado-res concluíram que, na faseadulta, o relógio biológico domosquito está diretamente li-gado aos ciclos lunares: du-rante o quarto minguante, apopulação do inseto se tor-na cerca de cinco vezes maior.Em contrapartida, no estágiode larva, o anófele pode se-guir diferentes ritmos de de-senvolvimento, já que é umaespécie oportunista, que viveem águas acumuladas em bro-

mélias. Quando o inseto encontra umambiente propício e atraente, seu cres-cimento acelera, sem representar pro-blemas metabólicos ou fisiológicos à es-pécie. Em momentos adversos, quandoo anófele se encontra em locais secos ousob temperaturas baixas, por exemplo, odesenvolvimento é que é atrasado, tam-bém sem prejuízos para o mosquito.

o colêmbolo Folsomia: oviposição e troca de pele regulares

A saúva Ata sexdens: grupo social acerta o relógio biológico

tos há apenas alguns anos -juntos, formando o que sechama de genoma temporal.

Mirian amplia o debate:além dos relógios biológicosdos seres vivos, é a naturezaque apresenta um ritmo defuncionamento. "Todos os ci-clos, atuando de maneira har-moniosa, garantem a intera-ção dos organismos com omeio onde vivem", diz ela. Ociclo claro e escuro é uma re-ferência importante para pro-mover essa harmonia, por in-dicar o momento de comer,acordar e dormir. Os traba-lhos da USP estão ajudandoa ampliar os horizontes dacronobiologia, a área que es-tuda os ciclos biológicos, pormostrarem que outros ele-mentos cíclicos, como a dis-ponibilidade de alimento, asalternâncias entre quente efrio e úmido e seco, a repro-dução e as relações sociais po-dem ajudar a ajustar os pon-teiros da vida.

"Eu queria abrir novoshorizontes", confessa Mirian.Foi em 1987, após ter concluí-do o pós-doutorado nos Es-tados Unidos, que ela inaugu-rou o Laboratório de Cronobiologia doMuseu de Zoologia da USP. Já de iníciodecidiu estudar sistemas biológicos quefugissem dos modelos clássicos consa-grados - ratos, camundongos, algas, dro-sófilas e mariposas -, sempre estudadosapenas em laboratório. O tempo mostrouque o desafio era maior do que pensava.

Em1993, a tese de doutoradode Miriam Gimenes, umadas alunas de Mirian Mar-ques, inaugurou uma novaetapa da cronobiologia: mui-

to provavelmente, foi o primeiro estudodessa área desenvolvido em ambientenatural, longe dos laboratórios. MiriamGimenes trabalhou com as abelhas so-litárias do gênero Tetraglossula anthra-cina, acompanhadas em seu própriohábitat, os brejos próximos às cidadesde Campos do Iordão, na Serra da Man-tiqueira, e de Mairinque, também nointerior paulista. Os locais foram esco-lhidos por se encontrarem na mesmalatitude - era uma forma de garantir a

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semelhança entre as variações anuaisdo parâmetro claro e escuro.

Essas abelhas buscam exclusivamen-te a Ludwigia elegans, uma flor amare-

. Ia encontrada em brejos. Logo cedo,ao raiar do sol, antes ainda de as floresda Ludwigia se abrirem, o inseto apa-rece, ajuda a flor a se abrir e coleta opólen e, na seqüência, o néctar. Feito otrabalho, ela desaparece. Só ressurgeno dia seguinte, exatamente no mesmohorário. Forma-se um ciclo biológicoacionado pela variação entre escuro eclaro - o raiar do dia -, mas com a im-portante participação da disponibili-dade de alimento, que até então nãohavia sido valorizada. A Tetraglossulapercebe que em todo começo de ma-nhã encontra alimento em abundância- um néctar denso, rico em açúcares eaminoácidos. À tarde, ainda há lumi-nosidade, mas o inseto desaparece por-que coletou tudo de que precisava e,além disso, dificilmente encontraria maisalimento adequado às suas necessida-des naquele dia.

Segredos das cavernas - Os colêmbo-los Folsomia candida, insetos que habi-tam as profundezas de cavernas - e osmaiores responsáveis pelas noites mal-dormidas dos biólogos -, trouxeram ou-tras dúvidas. Acreditava-se que esse ani-mal considerado primitivo - sem olhosnem pigmentação - viveria completa-mente desregulado, numa espécie decaos temporal, já que não teria comocontar com as referências de claro ou deescuro. Mas não é assim. Os biólogos daUSP não identificaram nenhum indíciode um ritmo circadiano ativo, mas de-tectaram dois outros ciclos muito rígi-dos: o de oviposição, a cada sete dias, e

A Tetraglossula na Ludwigia: alimento rege o dia-a-dia

o de troca de cutícula (pe-le), a cada três dias e meio.

Mas era preciso confir-mar os resultados, funda-mentados na observaçãodos animais em salas escu-ras no laboratório que si-mulam seu ambiente natu-ral. A cronobiologia dispõedesde os anos 60 de ummétodo de trabalho que re-sulta em um gráfico cha-mado curva de resposta defase que mapeia o funcio-namento do circadiano. Ométodo funciona com baseem estímulos que adiantamou atrasam o relógio biológico. Se umagalinha, por exemplo, dorme às 17 ho-ras e em seguida é acordada com a luzde um holofote, ela se levanta e começaa ciscar, como sempre faz. Uma horadepois, está dormindo novamente. Seucérebro registra a alteração e faz comque a galinha, no dia seguinte, só caiano sono às 18 horas. Quando repetidas,essas interferências indicam, por meiode um gráfico, o que aconteceu duran-te as cerca de 24 horas.

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peSqUisadoras aplicaram essemétodo ao colêmbolo, estimu-lado por meio da variação

de temperatura. Confirma-ram, primeiro, a ausência

do circadiano. Descobriram tambémque essa metodologia não era eficientepara esse tipo de situação, pois a repos- .ta aos estímulos, avaliados por meio datroca de cutícula e na oviposição, nãoeram simultâneos. Conclusão: era pre-ciso construir outra abordagem mate-mática que desse conta também dosritmos infradianos, já nessa época evi-dentes, mas ainda pouco explicados.

Foi aí que Mirian pediu socorro aosfísicos. Por meio de uma aluna de dou-torado, Gisele Akemi Oda, chegou aIberê Caldas, do Instituto de Física (IF)da USP. Coordenador de um projetotemático sobre sistemas caóticos (vejaPesquisa FAPESP nO65) e co-orientadorde Gisele, Caldas observou atentamen-te as séries numéricas da equipe domuseu - anotações e gráficos sobre oritmo das atividades cotidianas dos ani-mais, colecionadas durante dez anos - eos interesses científicos se somaram deimediato, com base no princípio físicoda oscilação. "Entre uma onda causada

por uma pedra atirada na água e outraonda, de uma segunda pedra, há umainteração que não é aleatória", ensinaMirian. "O mesmo raciocínio vale paraos relógios biológicos."

Juntos, os pesquisadores do Museude Zoologia e do Instituto de Físicacriaram um modelo gráfico que detec-ta as respostas oferecidas a um mesmoestímulo, as organiza matematicamen-te e produz um retrato de um conjun-to de fenômenos, de forma abrangentee articulada. Gisele concluiu o douto-rado e em seguida assinou um artigosobre o novo método de avaliação dosritmos infradianos com Caldas e Mi-rian publicado em 2000 no [durnal ofTheoretical Biology.

Terremotos - Mas o modelo não semostrou capaz de explicar o ritmo bi-ológico do grilo Strinatia brevipennis,objeto da tese de outra aluna de Mi-rian, Sonia Hoenen. Considerado umaespécie que faz a transição da zona es-cura para a clara, já que habita espaçosabertos de cavernas da região do Valedo Ribeira, entre os Estados de São

o PROJETO

Ritmos de Atividades de Insetos.Implantação de Unidade comCondições Ambientais Constantes

MODALIDADELinha regular de auxílio à pesquisa

COORDENADORAMIRIAN DAVID MARQUES - USP

INVESTIMENTOR$ 20.034,65

Paulo e do Paraná, o Strinatia é in-tensamente pigmentado e não emi-te sons. No laboratório, era manti-do em gaiolas com paredes feitas defilmes transparentes de acetato, quevibravam de acordo com o movi-mento dos grilos. Uma agulha, colo-cada em contato com cada uma dasquatro paredes da gaiola, indicavaquando o animal estava parado ouem atividade. O problema é que aquantidade de dados era tão grande- dezenas de páginas apenas paraos grilos - que não se sabia mais aocerto quais informações eram im-portantes e como poderiam ser in-terpretadas. A resposta, desta vez,

veio da sismologia.O geólogo alemão Martin Schim-

mel, atualmente no Instituto de Ciên-cias da Terra [aume Almera, na Espanha,fazia o pós-doutorado no Instituto deAstronomia, Geofísica e Ciências At-mosféricas (IAG) da USP quando ou-viu falar pela primeira vez dos Sttina-tia. O pesquisador havia desenvolvidouma maneira de diferenciar dois tiposde ondas sísmicas: as geradas no inte-rior da Terra, que podem provocar ter-remotos, das que não representam ne-nhum perigo. Convidado pela bióloga,Schimmel decidiu empregar o mesmométodo para interpretar de maneiraadequada os registros dos biólogos. Umdia, telefonou para ela e perguntou oque é que os grilos de cavernas faziam acada 24 horas. Ela exultou ao ver que ogeólogo havia conseguido separar osmovimentos importantes dos irrelevan-tes e detectado o ciclo circadiano nes-ses animais, que a cada 24 horas exibemsono, fome, enfim, uma atividade bio-lógica mais intensa.

"É uma informação antiqüíssima,que os biólogos chamam de caracte-rística relictual, provavelmente rema-nescente dos ancestrais do animal", ex-plica a pesquisadora, que conta comcolaboradores também em universi-dades da Inglaterra, Alemanha, Cana-dá e Argentina. O próximo desafio quese impôs é descobrir a plasticidade dosrelógios biológicos - até que pontopodem ser comprimidos ou esticados,sem perder suas propriedades. Mirianjá sabe que a própria natureza operacom os organismos como o regente deuma orquestra. "Desafiar o regente", dizela, "sempre acaba em desafinação, àsvezes fata!." •

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