O ar puro que faz mal Biologia do Envolvimento

Toupeiras peladas africanas

A incrível adaptação no cérebro de toupeiras peladas às altas concentrações de CO2 no ar de suas tocas

Não sei se vocês já ouviram falar em toupeiras peladas africanas. Se não ouviram, se segurem por aí, porque elas são de longe os mamíferos mais estranhos que já ouvi falar. Para começar, eles são eusociais. Isso mesmo, assim como alguns insetos (como abelhas, formigas e cupins) as colônias de toupeiras se organizam em castas com diferentes funções. Cada colônia possui uma rainha que é a única fêmea engajada em reprodução. Essa rainha só transa com poucos machos, não enchem uma mão. Nessa brincadeira, o incesto é comum, a maioria dos filhotes são fruto do cruzamento entre pais e filhos e entre irmãos. Assim, toupeiras peladas parecem lidar bem com o problema da consanguinidade, que aumenta muito a expressão de alelos deletérios recessivos, por muitos indivíduos acabarem com duas cópias do danado. As toupeiras restantes não reproduzem, e se dividem nas tarefas de acordo com seu tamanho. As menores cuidam da manutenção da toca e dos filhotes, enquanto as maiores cuidam das escavações e da defesa. Ainda existe uma última casta, os dispersores, muito mais raros. Os dispersores são mais gordinhos, sexualmente ativos e não curtem transar com a rainha. Ao invés disso, ficam esperando a primeira oportunidade para migrar para outra colônia.

Toupeiras peladas africanas moram em redes de túneis subterrâneos junto com aproximadamente 300 de seus parentes. Essa forma única de viver cria diversos desafios metabólicos como o acesso à comida para essa turma toda e a composição do ar dentro das tocas. Acontece que o ar dentro das tocas, com centenas de toupeiras dentro, apresenta mais CO₂ do que o ar atmosférico. Um dos grandes problemas de altas concentrações deste gás é que ele inibe a atividade cerebral. Mas as toupeiras peladas desenvolveram uma adaptação que compensa esta inibição.

A grande maioria das sinapses do cérebro são químicas. Nestas, um primeiro neurônio projeta um axônio que, quando este neurônio é ativado, libera neurotransmissores pertinho do segundo neurônio. Neste lugar onde os dois se encontram, chamado sinapse, o segundo neurônio apresenta proteínas chamadas receptores, que reconhecem os neurotransmissores. Ao reconhecer os neurotransmissores, os receptores se abrem em um canal que permite a entrada de íons dentro da célula. Se este íon é positivo, aumenta a probabilidade do segundo neurônio ser ativado eletricamente (de acordo com a quantidade desses íons). Mas existe ainda um segundo tipo de receptores que deixam íons negativos, como cloreto (Cl^–), entrar no neurônio. Essa entrada de íons cloreto diminui a probabilidade de o neurônio ser ativado, uma inibição. Mas não adianta ficar pra sempre com estes íons dentro de si, sinapses são dinâmicas ao longo do tempo. Neurônios então gastam uma boa quantidade de energia jogando estes íons para fora, voltando assim a ficar sensíveis a uma nova ativação sináptica. Como será que isto tudo funciona no cérebro de toupeiras peladas, que já são inibidas por altas concentrações de CO₂?

Dan McCloskey

É aí que entra o trabalho de Dan McCloskey e colaboradores. Estes pesquisadores estudaram uma colônia de toupeiras peladas em laboratório vivendo em uma arena formada por túneis e múltiplas câmaras. A primeira coisa que eles observaram foi que estes animais passam a maior parte do tempo em uma única câmara onde eles ficam todos juntinhos. Curiosamente, os animais aumentam sua frequência de visitas e se aninham em uma câmara onde foi infundido mais CO₂, diferente daquela onde estavam se aninhando antes. Já quando eles são expostos a condições ambientais encontradas na superfície do solo africano onde vivem (menos CO₂ e maior temperatura), estas toupeiras desenvolvem hiperventialção (respiração ofegante) seguida por uma alta atividade motora e crises epilépticas. Acontece que as toupeiras nestas condições têm o seu pH do sangue aumentado, o que sabidamente causa crises também em crianças. Assim, estar fora da segurança da sua toca também traz desafios para o funcionamento do cérebro das toupeiras. Por que será? Será que elas possuem alguma diferença no funcionamento dos seus neurônios em comparação a nós? Foi aí que Dan e seu grupo foram olhar para o genoma das toupeiras, mais especificamente para os genes que seus neurônios usam.

Lembram que eu falei que neurônios gastam boa parte da sua energia colocando os íons que entraram pelas sinapses de volta pra fora? Pois é, uma das proteínas que faz o transporte de Cl^– pra fora chama-se KCC2. Acontece que toupeiras peladas apresentam uma substituição de um aminoácido em uma posição chave para o funcionamento correto da proteína KCC2. Esta mutação em algumas famílias de humanos leva a uma menor expressão dessa proteína e, por consequência, neurônios que levam mais tempo para jogar o Cl^– pra fora. Ao levar mais tempo para jogar o Cl^– pra fora, estes mesmos neurônios acabam levando mais tempo para conseguir  responder novamente a uma ativação sináptica com neurotransmissores inibitórios. Assim, nas condições da superfície, onde perdem o efeito inibitório de CO₂ e encontram altas temperaturas e o alto pH do sangue, seus neurônios ficam mais excitáveis. Aliás, como começam a acumular Cl^– no seu interior, acaba que a ativação pelo neurotransmissor inibitório, que abre canais de Cl^–, causa a saída do íon ao invés da entrada (por conta da inversão do gradiente de concentração com o lado de fora), excitando assim o neurônio. Assim, neurônios de toupeiras peladas são muito menos inibidos, e até excitados, na presença do mesmo neurotransmissor que inibe os neurônios de todos os outros mamíferos.

O futuro paraíso das toupeiras? Foto: Brazil Photos/LightRocket Via Getty Image

As toupeiras peladas são um bom exemplo de como as espécies constroem a sua história evolutiva. Seus antepassados decidiram há milhões de anos viver em ambientes que eles mesmo constroem embaixo da terra. Assim, eles acabaram por escolher quais são as pressões seletivas que iriam sofrer, um fenômeno que Richard Lewontin chamou de construção de nicho. Uma destas condições, são as altas concentrações de CO₂ que deixariam qualquer mamífero chapadão. Mas para viver nas condições chapantes das suas tocas, estas populações acabaram por selecionar um alelo de KCC2 que deixa seus neurônios mais excitáveis. A fixação deste alelo deve ter sido simples, uma vez que poucos indivíduos reproduzem e há um alto nível de cruzamentos entre parentes. Talvez esse comportamento tenha sido até derivado da pressão por uma rápida adaptação ao novo ambiente. Mas esta mutação fez com que a escolha fosse um caminho sem volta, sem volta para a vida na superfície.

Será? Lembram dos gordinhos dispersores? Estes raros indivíduos encaram grandes migrações pela superfície. Tão raros quanto eles, podem haver alelos funcionais de KCC2 na população, que os protejam dos efeitos geradores de crises epilépticas do nosso ar puro. Bom, mas isso é especulação. O que é certo, é que outra solução para a volta das toupeiras a superfície é se uma espécie de macacos começar a encher o ar de CO₂. Estamos construindo o nicho das toupeiras do futuro.

Referência:

Dan McCloskey e colaboradores (https://www.cell.com/current-biology/pdfExtended/S0960-9822(20)30478-4)

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Eduardo Sequerra