Talvez sejam os verões que passei na faculdade contando e identificando libélulas e borboletas na asa. Ou talvez tenham sido as centenas de horas que passei na faculdade com a cara perigosamente perto de uma panela cheia de lama, arrancando milhares de minúsculos insetos do riacho. Acho que é apenas uma vida inteira de curiosidade por qualquer coisa de seis patas que permanentemente gravou uma imagem de busca de insetos no meu cérebro.

Isso, não é de admirar que, enquanto desfrutava de uma caminhada de inverno para uma das minhas cachoeiras favoritas perto de Ítaca, Nova York, meus olhos se desviaram da paisagem cênica coberta de gelo para as minúsculas e escuras manchas que se moviam agilmente através da neve: as moscas-pedras de inverno estavam em movimento!

As moscas de pedra do inverno são pequenas criaturas peculiares. No fim do Inverno, as fases imaturas aquáticas das moscas-pedras, chamadas larvas ou ninfas, rastejam do seu fundo rochoso para cima através de fendas e fendas na neve e gelo que cobrem a superfície do riacho que habitaram durante o último ano e emergem como adultos. Embora de posse de quatro asas roladas ordenadamente sobre seus abdômens alongados, as moscas-pedras de inverno adultas ficam perto da neve e do gelo, caminhando em vez de voar, em busca de companheiros.

Todas empacotadas no meu chapéu, luvas, lenço, parka e roupa íntima longa (e ainda FRIO), eu me perguntei sobre a fisiologia das moscas-pedras de inverno que observei. Como elas podem ser tão ativas nas temperaturas negativas do inverno, quando a maioria de seus irmãos de seis patas está bem escondida dos elementos? E como eles evitam os efeitos letais do congelamento em dois habitats muito diferentes, na água e na terra?

Voltar no calor aconchegante da minha casa, eu comecei a investigar algumas destas questões. Aprendi rapidamente que não se sabe muito sobre a frieza dos insetos aquáticos, muito menos sobre as moscas de pedra de inverno (nome que se refere especificamente a duas famílias da ordem Plecoptera: Capniidae e Taeniopterygidae). De facto, no seu tratado sobre as moscas-pedras, o naturalista de campo canadiano tardio H.B. Noel Hynes apresentou uma razão possível para que assim fosse; as moscas-pedras de inverno adultas, ele muses, são “mais abundantes no início da estação antes do entomologista médio ter emergido da hibernação”.”

Para entender como as moscas-pedras de inverno lidam com as temperaturas geladas na água e na terra, é útil examinar primeiro o que 60 anos de pesquisa revelaram sobre como os insetos terrestres, um grupo mais estudado, sobrevivem ao inverno. Se não forem suficientemente inteligentes para evitar completamente o inverno, migrando para o sul (como aquelas borboletas monarcas inteligentes) ou procurando um abrigo isolado como a sua casa (besouros e insetos fedorentos, qualquer um?), os insetos terrestres se prepararão para o frio brutal do inverno internamente, sofrendo uma série de mudanças fisiológicas e bioquímicas.

Para entender essas mudanças, o criobiólogo Richard Lee, Jr. recomenda que pensemos em um inseto como um minúsculo saco de água. Em volumes pequenos, do tamanho de um inseto, a água pode na verdade ser resfriada muitos graus abaixo de seu ponto de congelamento padrão (0°C) e ainda permanecer na forma líquida, um processo conhecido como super-resfriamento. Você pode ter encontrado líquidos super-refrigerados em algum ponto neste inverno, na forma de chuva gelada. Contudo, se uma partícula de pó for introduzida num líquido super-refrigerado, os cristais de gelo começarão imediatamente a formar-se à sua volta, num processo chamado nucleação. Além disso, o gelo pode se formar dentro do pequeno saco de água super-refrigerada se os cristais de gelo externos se tocarem e posteriormente invadirem-no através de qualquer pequena abertura, um processo chamado nucleação inoculante.

Insetos preparando-se para exposição a temperaturas negativas no inverno, seja em estado ativo ou em repouso, geralmente empregam uma de duas estratégias para alcançar a resistência ao frio: evitar o congelamento ou tolerá-lo.

Insectos que evitam o congelamento produzem activamente compostos anticongelantes – incluindo glicerol, proteínas e açúcares – que aumentam a sua capacidade de super arrefecimento, permitindo que os fluidos corporais permaneçam descongelados a temperaturas ainda mais abaixo do seu ponto de congelação. Os fluidos corporais super-refrigerados de alguns insetos terrestres podem permanecer em estado líquido a temperaturas de 15 – 35°C abaixo de zero. Adicionalmente, à medida que o Inverno se aproxima, os insectos que evitam o congelamento irão eliminar materiais das suas entranhas e fluidos corporais que poderiam servir como uma semente à volta da qual os cristais de gelo se nucleiam, incluindo alimentos, bactérias relacionadas com a digestão e pó.

Insectos tolerantes ao congelamento, por outro lado, não só toleram a formação de cristais de gelo nos fluidos que banham as suas células, mas também promovem activamente a sua formação. Estes insetos produzem proteínas nucleadoras de gelo em seu fluido extracelular que na verdade limitam a capacidade dos insetos de super-resfriar e promover a formação de cristais de gelo a temperaturas subzero mais altas. Ao promover o crescimento de cristais de gelo fora das células, as proteínas nucleantes de gelo ajudam a reduzir a probabilidade de que o conteúdo dentro das células dos insetos congele e arrefeça. Mas com a água fora das células ligadas como cristais de gelo, a água dentro das células vai querer mover-se para o espaço extracelular. Para prevenir a subsequente desidratação celular e estabilizar as membranas celulares, os insectos tolerantes ao congelamento também produzem o composto anticongelante glicerol.

Como é que estas estratégias se traduzem, se é que se traduzem em insectos aquáticos, particularmente as moscas-pedras de Inverno?

Alas, antes de abordarmos essa questão, vamos considerar as propriedades termodinâmicas dos ambientes aquáticos a que chamam casa durante a maior parte do seu ciclo de vida. A água, como você deve se lembrar da física do ensino médio, tem um calor específico maior do que o ar; em outras palavras, é preciso mais energia para aquecer a água do que para aquecer uma massa igual de ar. Consequentemente, a água nos riachos e rios não sofre as flutuações extremas de temperatura que o ar acima deles sofre e geralmente permanece mais quente do que os habitats terrestres adjacentes no inverno. Quando o gelo se forma na superfície de um corpo de água, na verdade isola a água e o substrato abaixo dela de temperaturas negativas.

Dr. Lee e sua equipe de criobiologia surgiram corajosamente de sua hibernação de inverno para coletar e comparar as habilidades de super-resfriamento dos insetos aquáticos e terrestres da zona temperada no inverno. Acontece que os insetos aquáticos são super-refrigerados muito menos que seus parentes terrestres; os insetos aquáticos são super-refrigerados a cerca de -7°C, enquanto os insetos terrestres das mesmas famílias são super-refrigerados a temperaturas tão baixas quanto -40°C! Apesar das reduzidas capacidades de super arrefecimento, a maioria dos insectos aquáticos que habitam estas águas temperadas ainda são classificados como evitadores do congelamento; os relativamente poucos insectos aquáticos conhecidos que realmente toleram o congelamento (os espécimes foram de facto recolhidos directamente do gelo!) habitam riachos e lagoas no Árctico que regularmente congelam no fundo. O Dr. Lee e os seus colegas fazem a hipótese de que os insectos aquáticos que vivem na zona temperada simplesmente não encontram as temperaturas extremas subzero que os insectos terrestres encontram, tornando uma capacidade de super arrefecimento evolutivamente desnecessária.

Ninfas ninfas de pedra do Inverno emergem como adultos nas bolsas de ar entre a água e uma camada isolante de gelo superficial, um habitat bastante protegido que não experimenta temperaturas muito abaixo de 0°C. Além disso, o Dr. Lee e seus colegas descobriram que as moscas-pedras de inverno adultas coletadas em fevereiro tinham uma capacidade significativamente maior de super-resfriar (ou seja, elas podem resfriar a temperaturas muito mais baixas sem congelar) do que seus estágios ninfáticos, sugerindo que os adultos podem aumentar a quantidade de compostos anticongelantes em seus fluidos corporais.

Surgimento de emergência, as moscas-pedras de inverno adultas podem procurar proteção em refúgios térmicos sob a neve ou sob rochas que oferecem temperaturas mais quentes do que o ar de superfície subzero. Enquanto que a coloração do corpo preto-acastanhado dos adultos pode promover a absorção da radiação solar, quaisquer ganhos desse tipo seriam provavelmente anulados por uma brisa fria devido à sua pequena massa corporal. E ao andar sobre as pontas dos seus pés, as moscas-pedras adultas evitam os perigos dos cristais de gelo externos que potencialmente invadem os seus corpos e induzem o congelamento inoculante.

À medida que os nossos dias de Inverno aumentam e aquecem em antecipação à Primavera, as suas oportunidades de apanhar moscas-pedras de Inverno em acção nesta estação irão desaparecer em breve. Aqui está uma imagem de busca para você – Empenhe-a na memória. Agora desperte-se daquela hibernação de Inverno e vá à procura daqueles saquinhos de água super fixes!

Referências e Leitura Adicional

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Walters Jr., K.R., Sformo T., Barnes B.M., Duman J.G. (2009) Freeze tolerance in an Arctic Alaska stonefly. Journal of Experimental Biology 212(2): 305-312 doi:10.1242/jeb.020701

Photo credits: Taughannock Falls e Winter Stonefly in Hand, Holly Menninger, 2008; três Allocapnia sp. Winter Stonefly Closeups, Tom D. Schultz, 2001. Todas as fotos são usadas com permissão e licenciadas sob a Creative Commons.

Sobre o autor: A Dra. Holly Menninger é uma associada sénior de extensão na Universidade Cornell, onde ajuda a proteger os recursos naturais do estado de Nova Iorque das ameaças de espécies invasivas, incluindo uma série de insectos realmente grandes e maus. Com um doutorado em ecologia e um carinho por insetos com histórias de vida estranhas e maravilhosas, ela está determinada a compartilhar seu entusiasmo pelo mundo natural por qualquer meio necessário, incluindo podcasts, tweets (@DrHolly), e posando para fotos com cicadas de 17 anos em seu nariz.

As opiniões expressas são da autora e não são necessariamente as do americano científico.