No entanto, uma nova pesquisa da Stanford, publicada em 9 de setembro na Proceedings of the National Academy of Sciences, revelou que as diatomáceas árticas não estão imóveis nem enterradas. Elas não estão apenas sobrevivendo – estão avançando para os livros de recordes.

“Isso não é criobiologia de filmes dos anos 80. As diatomáceas estão tão ativas quanto podemos imaginar, até que as temperaturas caiam para -15 °C, o que é super surpreendente,” disse Manu Prakash, professor associado de bioengenharia nas Escolas de Engenharia e Medicina e autor sênior do artigo.

Essa temperatura (5 °F) é a mais baixa já registrada para o movimento de uma célula eucariota – o tipo de células complexas em plantas, animais, fungos, e mais, definidas por ter um núcleo envolto por uma membrana.

“Você pode ver as diatomáceas realmente deslizando, como se estivessem patinando no gelo,” disse a autora principal e bolsista de pós-doutorado da Stanford, Qing Zhang, que coletou as amostras durante uma expedição de pesquisa no Ártico. Ela e seus colegas demonstraram não apenas a motilidade a essas baixas temperaturas, mas também que seu deslizamento – ou patinação – depende de uma combinação de muco e motores moleculares.

Navegando em um ‘berg’ movimentado

As diatomáceas apresentadas nesta pesquisa foram coletadas durante uma expedição de 45 dias no Ártico no Mar de Chukchi a bordo do navio de pesquisa Sikuliaq, que é de propriedade da National Science Foundation e operado pela University of Alaska Fairbanks. Pesquisadores do Prakash Lab e do laboratório de Kevin Arrigo, professor de ciência do sistema terrestre na Stanford Doerr School of Sustainability, coletaram núcleos de gelo de 12 estações ao longo do verão de 2023. Usando uma gama de microscópios a bordo que o Prakash Lab vem desenvolvendo há anos, a equipe conseguiu imagear o interior do gelo e documentar as vidas secretas dessas incríveis diatomáceas árticas.

De volta ao laboratório, a equipe extraiu diatomáceas dos núcleos de gelo e recriou seus ambientes em uma placa de Petri contendo uma fina camada de água doce congelada e uma camada de água do mar muito fria. Quando o gelo se forma no Ártico, ele expulsa sal, deixando o gelo doce com pequenos canais microfluídicos nele – então o laboratório também fez canais em seu gelo, usando seus próprios cabelos.

Mesmo ao diminuir as temperaturas de um microscópio subzero abaixo de zero, as diatomáceas deslizavam pelos corredores do tamanho de fios. Experimentos adicionais, usando géis semeados com esferas fluorescentes, rastreavam seus movimentos como pegadas na areia.

Os pesquisadores desenvolveram e usaram microscópios especiais e ambientes experimentais para rastrear como as diatomáceas se movem através do gelo.

O que é tão surpreendente é que as diatomáceas se moviam sem se contorcer, encolher ou usar quaisquer apêndices. Em vez disso, elas praticam a arte que muitas diatomáceas exibem: o deslizamento.

“Há um polímero, meio que como muco de caracol, que elas secretam e que adere à superfície, como uma corda com uma âncora,” disse Zhang. “E então elas puxam essa ‘corda’ e isso lhes dá a força para se mover para frente.”

O mecanismo da corda de mucilagem depende de actina e miosina – o mesmo sistema biológico que impulsiona os movimentos musculares humanos. Como essa maquinaria ainda funciona em condições subzero agora é uma questão de pesquisa chave que o laboratório está perseguindo. Quando a equipe comparou diatomáceas árticas com parentes temperados deslizando sobre vidro, as espécies polares se moveram muito mais rápido, sugerindo uma vantagem evolutiva.

A imagem maior

O Prakash Lab aproveitou ao máximo seu tempo no Ártico e coletou uma abundância de dados em vários projetos, além das diatomáceas. Isso inclui imagens de drones, capturadas sob o gelo, que mostram vividamente o potencial desse trabalho.

“O Ártico é branco por cima, mas por baixo, é verde – um verde absoluto por causa da presença de algas,” disse Prakash. “De certa forma, isso faz você perceber que não é só uma coisinha pequena, isso é uma parte significativa da cadeia alimentar e controla o que está acontecendo sob o gelo.”

As diatomáceas foram coletadas durante uma expedição a bordo do navio de pesquisa Sikuliaq. Durante esta viagem, os pesquisadores visitaram uma dúzia de estações de pesquisa e avistaram vários ursos polares.

Saber que as diatomáceas estão ativas levanta questões mais amplas sobre adaptação a um ambiente polar em mudança. Poderiam elas estar movendo recursos através da teia alimentar ártica, nutrindo tudo, desde peixes até ursos polares? Poderiam seus rastros de muco até ajudar na formação de novos gelos, da mesma forma que pérolas se formam ao redor de grãos de areia?

Normalmente, Prakash não revelaria suas ideias iniciais, mas os stakes desta vez são diferentes, ele disse.

“Muitos dos meus colegas estão me dizendo que, nos próximos 25 a 30 anos, não haverá Ártico. Quando ecossistemas são perdidos, perdemos conhecimento sobre ramos inteiros em nossa árvore da vida,” disse ele, observando que cortes orçamentários severos previstos para a National Science Foundation devem reduzir o financiamento para pesquisa polar em 70%. “Sinto um senso de urgência em muitos desses sistemas, pois, no final das contas, a infraestrutura e a capacidade de operar são críticas para a descoberta.”

Para mais informações

Prakash é também um membro sênior do Stanford Woods Institute for the Environment, professor associado, com cortesia, de biologia e de oceanos, membro da Stanford Bio-X, da Wu Tsai Human Performance Alliance, do Maternal & Child Health Research Institute e do Wu Tsai Neurosciences Institute. Outros autores incluem a estudante de graduação Hope T. Leng, Hongquan Li, PhD ’23, e Kevin Arrigo. Arrigo é o Donald e Donald M. Steel Professor of Earth Sciences, um membro sênior do Stanford Woods Institute for the Environment e membro do Bio-X.

Esta pesquisa foi financiada pela National Science Foundation, uma bolsa DARE da VPGE da Stanford, pelo Human Frontier Science Program, pela Moore Foundation, pela Schmidt Foundation e pela Dalio Foundation. Parte deste trabalho foi realizado na Cell Sciences Imaging Facility da Stanford University.