BORBOLETAS MONARCAS USAM BÚSSOLA MAGNÉTICA DURANTE A MIGRAÇÃO (Comentado)

Sem título

Milhões de borboletas monarca usam um sistema de navegação sofisticado para percorrer 2000 milhas de locais de reprodução nos Estados Unidos a um habitat hibernação em bosques específicos de pinheiros na região central do México. Agora, cientistas da Universidade de Massachusetts Medical School e do Instituto Politécnico Worcester têm relatado na Revista Nature Communications que monarcas usar uma bússola magnética depende de luz para ajudá-las a orientar-se ao sul durante a migração.
“De um modo geral, nosso estudo revela outro aspecto fascinante do comportamento migratório borboleta monarca”, disse o autor sênior do estudo Steven Reppert, um distinto professor de neurobiologia na UMass Medical School. “O maior conhecimento dos mecanismos subjacentes à migração pode muito bem ajudar na sua preservação, atualmente ameaçada pelas alterações climáticas e pela perda contínua de serralha e habitats de hibernação. Uma nova vulnerabilidade a considerar agora é a potencial perturbação da bússola magnética nas monarcas por ruído eletromagnético induzido pelo homem, o que também pode afetar a orientação geomagnética em aves migratórias “.
O co-autor Robert Gegear, um professor assistente de biologia e biotecnologia em WPI, explicou: “Nosso estudo mostra que as monarcas usam um sistema sofisticado bússola e inclinação magnética para navegação semelhante ao utilizado por vertebrados migratórios com cérebros muito maiores, como aves e tartarugas marinhas”.
Monarcas usam a bússola solar como compensação de tempo em suas antenas para ajudá-las a fazer a sua viagem de 2.000 milhas migratório para locais de hibernação. Durante a ausência de pistas de luz do dia, como sob densa cobertura de nuvens, os migrantes foram, surpreendentemente, visto voando na direção sul esperado. É a hipótese de que as monarcas usam sensores geomagnéticos para ajudar a navegar quando deixam de ter a luz do dia, ou quando não estão disponíveis a elas durante a migração.
As tentativas anteriores de cientistas para isolar o uso de uma bússola de inclinação interna em monarcas tiveram resultados conflitantes ou pouco convincentes. Estes estudos, no entanto, podem não ter sido responsáveis pela possibilidade de que a bússola magnética foi influenciada por luz ultravioleta que podem penetrar através das nuvens.
Dada a possibilidade de criptocromos  da monarca (CRY), uma classe de proteínas que são sensíveis à radiação ultravioleta A/luz azul, para restaurar uma resposta magnética dependente da luz em CRY deficiente em Drosophila, Reppert e colegas suspeitaram que os monarcas também possuíam uma bússola magnética dependente da luz.
Usando simuladores de vôo equipados com campos magnéticos artificiais, Patrick Guerra, um pós-doutorado no laboratório Reppert, analisou o comportamento de vôo das monarcas sob condições de luz branca difusa. Ele descobriu que os monarcas amarrados nos simuladores-se orientada para o sul. Outros testes no simulador revelou que as borboletas usou o ângulo de inclinação do campo magnético da Terra para guiar seu movimento. Inversão do sentido da inclinação causada os monarcas para orientar na direção oposta, para o norte em vez do sul.
Para testar a bússola magnética com dependência da luz das monarcas, o Dr. Guerra aplicou uma série de filtros de bloqueio de comprimento de onda para as luzes do simulador. Monarcas expostas à luz de apenas a faixa de comprimento de onda acima de 420nm exibiu uma falta de direção, voando em círculos. Monarcas expostas à luz na faixa de comprimento de onda acima de 380nm mostram sinais claros de vôo direcional. Estes testes mostraram que a bússola magnética da monarca, e do vôo, assim, direcional, era dependente de exposição a comprimentos de onda de luz (380nm a 420nm) encontrados no ultravioleta A e na faixa espectral da luz azul.
Juntos, estes resultados fornecem a primeira demonstração de que a borboleta monarca usa uma bússola de inclinação dependente de luz durante sua longa jornada. Também é a primeira evidência de uma ferramenta de navegação em um insecto migratório de longa distância.
“Para monarcas migratórias, a bússola de inclinação pode servir como um sistema de backup importante quando a luz do dia não esta disponível”, disse Guerra. “Ele também pode aumentar o “mão-na-mão” da bússola solar com a compensação de tempo para fornecer orientação e direcionamento durante todo o processo de migração.”
O próximo passo para Reppert e colegas será avaliar os mecanismos moleculares e genéticos da magneto-recepção da borboleta monarca e o envolvimento de Crys.

.

Comentários Internos

Criptocromos são classificados como CRY1 e CRY2 são complexos proteicos evolutivamente antigos e altamente conservados que pertencem à superfamília das flavoproteínas que existe em todos os reinos de vida (Brautigam et al, 2004). Todos os membros desta superfamília têm as características N-terminais e domínio de fotolíase homologa (PHR) que é um cofator luz (Tamada et al, 1997). Esse domínio PHR pode ligar o cofator de adenina flavina (FAD) a um cromóforo (Brautigam et al, 2004). Criptocromos são derivados e intimamente relacionado com fotolíases, que são enzimas bacterianas que são ativadas pela luz e envolvidas na reparação de DNA expostos a UV. Em eucariotos, criptocromos não mantém mais essa atividade enzimática de origem. (Weber, 2005) Apenas são responsáveis por funções fotorreceptoras.

A estrutura do criptocromo envolve uma dobra muito semelhante ao da fotoliase, com uma única molécula de FAD não covalentemente ligada à proteína (Brautigam et al, 2004). Estas proteínas têm comprimentos variáveis ​​e as superfícies na extremidade C-terminal, devido às alterações no genoma e aparência resulta da falta de enzimas de reparação do DNA. O gráfico de A estrutura secundária da proteína CRY1 é principalmente uma hélice alfa com uma porção a direita com pouca ou nenhuma sobreposição estérica (Nelson et al, 2005) A estrutura de CRY1 é quase inteiramente constituída por hélices alfa, com várias voltas e algumas porções beta. A molécula está disposta como um feixe ortogonal (Brautigam et al, 2004).

Criptocromos nos neurônios fotorreceptores dos olhos de pássaros estão envolvidos na orientação magnética durante a migração (Heyers, etal, 2007). Eles também são essenciais para a Drosophila sentir campos magnéticos (Gegear, etal, 2008). Os campos magnéticos afetam os criptocromos em Arabidopsis thaliana, o crescimento é afetado por campos magnéticos, na presença de luz azul (mas não vermelho) (Ahmad, etal, 2007).

De acordo com o modelo mais aceito, (Rodgers, etal, 2009) os criptocromos formam um par de dois radicais spins correlacionados quando expostos à luz azul. A ocorrência de pares de radicais de luz gerados tais e a correlação do estado do par de radicais ter sido confirmada recentemente em um criptocromo de Xenopus laevis (Biskup, etal, 2009).  No entanto, a evidência recente de Arabidopsis thaliana também sugere que os pares de radicais podem ser gerados pela luz independente pela re-oxidação escura da proteína flavina por oxigênio molecular através da formação de um par de spins correlacionados aos radicais FADH-dismutase (Müller, etal, 2011). A Magneto-recepção pode de funcionar por meio de efeitos do campo magnético em torno da correlação paralela ou anti-paralela destes radicais, o que afeta o tempo em que do criptocromo permanece ativado. Sua ativação pode afetar a sensibilidade à luz de neurônios da retina, com o resultado geral, o animal pode “ver” o campo magnético. (Chandler, etal, 2011)

Estudos em animais e plantas sugerem que criptocromos desempenham um papel fundamental na geração e manutenção dos ritmos circadianos (Klarsfeld, etal, 2004). Em Drosophila, o criptocromo CRYd atua como um fotorreceptor de luz azul que modula diretamente a entrada de luz para ciclo circadiano, (Emery, etal, 2000) enquanto nos mamíferos os criptocromos (CRY1 e CRY2) agem como repressores de transcrição dentro do relógio circadiano (Reppert, etal, 2002). Alguns insetos, como a borboleta monarca têm ambos, criptocromos comuns em mamífero como e uma versão das Drosophilas e prevêm um mecanismo de relógio ancestral envolvendo tanto sensibilidade a luz quanto funções de transcrição e repressão de criptocromos (Zhu etal, 2005 & Zhu etal, 2008)

Estudos evolutivos moleculares mostraram que a duplicação e perda de genes levaram a três modos de expressão do gene CRY em insetos, dando origem a três tipos de relógios circadianos (Hoang etal, 2008): dois relógios derivados, em que apenas CRY1 (por exemplo, Drosophila) ou CRY2 (por exemplo, a abelha Apis mellifera e do besouro Tribolium castaneum), e um relógio ancestral em que ambos CRY1 e CRY2 são expressos (por exemplo, a borboleta monarca). A expressão dos dois CRYs funcionalmente distintos em reis sugere que o relógio de borboleta pode utilizar um mecanismo novo de ciclo circadiano que ainda não está completamente descrita em qualquer outro organismo. É exclusivo de monarcas.

Referências

Brautigam CA, Smith BS, Ma Z, Palnitkar M, Tomchick DR, Machius M, Deisenhofer J (August 2004). “Structure of the photolyase-like domain of cryptochrome 1 from Arabidopsis thaliana”. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 101 (33): 12142–7.

Weber S (February 2005). “Light-driven enzymatic catalysis of DNA repair: a review of recent biophysical studies on photolyase”. Biochim. Biophys. Acta 1707 (1): 1–23.

Tamada T, Kitadokoro K, Higuchi Y, Inaka K, Yasui A, de Ruiter PE, Eker AP, Miki K (November 1997). “Crystal structure of DNA photolyase from Anacystis nidulans”. Nat. Struct. Biol. 4 (11): 887–91

 Heyers D, Manns M, Luksch H, Güntürkün O, Mouritsen H (2007). “A visual pathway links brain structures active during magnetic compass orientation in migratory birds”. In Iwaniuk, Andrew. PLoS ONE 2 (9): e937.

Gegear RJ, Casselman A, Waddell S, Reppert SM (August 2008). “Cryptochrome mediates light-dependent magnetosensitivity in Drosophila”. Nature 454 (7207): 1014–18.

Ahmad M, Galland P, Ritz T, Wiltschko R, Wiltschko W (February 2007). “Magnetic intensity affects cryptochrome-dependent responses in Arabidopsis thaliana”. Planta 225 (3): 615–24.

Rodgers CT, Hore PJ (January 2009). “Chemical magnetoreception in birds: the radical pair mechanism”. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 106 (2): 353–60.

Biskup T, Schleicher E, Okafuji A, Link G, Hitomi K, Getzoff ED, Weber S (2009). “Direct observation of a photoinduced radical pair in a cryptochrome blue-light photoreceptor”. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 48 (2): 404–47.

Müller P, Ahmad M (April 2011). “Light activated cryptochrome reacts with molecular oxygen to form a flavin-superoxide radical pair consistent with magnetoreception”. J. Biol. Chem. 286 (24): 21033–21040.

Chandler D, Ilia Solov’yov I, Schulten K. “Cryptochrome and Magnetic Sensing”. Beckman Institute for Advanced Science and Technology, University of Illinois Urbana–Champaign. Retrieved 2011-04-14.

Zhu H, Sauman I, Yuan Q, Casselman A, Emery-Le M, Emery P, Reppert SM (January 2008). “Cryptochromes define a novel circadian clock mechanism in monarch butterflies that may underlie sun compass navigation”. PLoS Biol. 6 (1): e4

Klarsfeld A, Malpel S, Michard-Vanhée C, Picot M, Chélot E, Rouyer F (February 2004). “Novel features of cryptochrome-mediated photoreception in the brain circadian clock of Drosophila”. J. Neurosci. 24 (6): 1468–77.

 Emery P, Stanewsky R, Helfrich-Förster C, Emery-Le M, Hall JC, Rosbash M (May 2000). “Drosophila CRY is a deep brain circadian photoreceptor”. Neuron 26 (2): 493–504.

Reppert SM, Weaver DR (August 2002). “Coordination of circadian timing in mammals”. Nature 418 (6901): 935–41.

Zhu H, Yuan Q, Briscoe AD, Froy O, Casselman A, Reppert SM (December 2005). “The two CRYs of the butterfly”. Curr. Biol. 15 (23): R953–54.

Hoang N, Bouly JP, Ahmad M (January 2008). “Evidence of a light-sensing role for folate in Arabidopsis cryptochrome blue-light receptors”. Mol Plant 1 (1): 68–74.

Victor Rossetti

Palavras chave: NetNature, Rossetti, Monarca, Magneto-recepção, Criptocromos, Navegação espacial. 

Deixe uma resposta

Preencha os seus dados abaixo ou clique em um ícone para log in:

Logotipo do WordPress.com

Você está comentando utilizando sua conta WordPress.com. Sair / Alterar )

Imagem do Twitter

Você está comentando utilizando sua conta Twitter. Sair / Alterar )

Foto do Facebook

Você está comentando utilizando sua conta Facebook. Sair / Alterar )

Foto do Google+

Você está comentando utilizando sua conta Google+. Sair / Alterar )

Conectando a %s