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O gafanhoto migratório O gafanhoto migratório é uma praga agrícola economicamente importante que teria chegado ao Egito no Antigo Testamento como a oitava das dez pragas bíblicas, “para devorar todas as plantas que crescem”. O gafanhoto migratório é raramente encontrado na Europa, mas em África e na Ásia não só causa danos no valor de milhões de dólares, como também tem um impacto mortal nas populações locais, ameaçando a sua alimentação e a sua própria existência. Os gafanhotos ocorrem em duas fases: como animais solitários e em enxames. Os insetos são mais temidos quando aparecem em grandes enxames e destroem colheitas inteiras.
Os gafanhotos migratórios diferem de outros insetos na estrutura anatômica de seu cérebro olfativo, o lobo antenal, que recebe e processa informações olfativas da antena. O lobo antenal do gafanhoto tem uma arquitetura neuronal única e não convencional com mais de 2.000 unidades olfativas funcionais esféricas, os glomérulos, enquanto a maioria dos outros insetos tem apenas entre 20 e 300 glomérulos no lobo antenal.
Cientistas do Instituto Max Planck de Ecologia Química estão interessados em saber como os insetos percebem os odores e os processam em seus cérebros. Acima de tudo, porém, eles querem saber como a percepção do odor afeta o seu comportamento.
“Nosso objetivo era resolver o antigo quebra-cabeça de como os odores são codificados na população extremamente grande de glomérulos, as unidades estruturais e funcionais no lóbulo antenal dos gafanhotos migratórios. Esta arquitetura altamente complexa do lóbulo antenal dos gafanhotos foi observada por décadas, mas os mecanismos subjacentes à codificação de odores permaneceram um mistério devido à falta de métodos adequados”, diz Xingcong Jiang, primeiro autor do estudo.
A introdução do método CRISPR/Cas9 representou um avanço metodológico para os pesquisadores, pois permitiu o estabelecimento dos primeiros gafanhotos migratórios transgênicos expressando o sensor de cálcio geneticamente codificado GCaMP em neurônios sensoriais olfativos. GCaMP é uma proteína que apresenta fluorescência quando se liga ao cálcio, que é liberado nas células quando elas estão ativas. Usando imagens funcionais de cálcio de 2 fótons, os cientistas foram capazes de medir e mapear os padrões de ativação espacial para um amplo espectro de odores ecologicamente relevantes em todos os seis estágios de desenvolvimento do gafanhoto migratório.
“Nossos resultados revelam uma organização funcional incomum em forma de anel do lobo antenal que consiste em aglomerados glomerulares específicos. Este arranjo glomerular, que poderíamos confirmar pela expressão genética direcionada de um receptor olfativo bem caracterizado, está presente durante todo o desenvolvimento, e o padrão de a codificação olfativa na população glomerular é consistente em todos os estágios de desenvolvimento, desde o primeiro estágio de ninfa até o gafanhoto adulto”, resume Silke Sachse, chefe do Grupo de Pesquisa de Codificação Olfativa do Instituto Max Planck, um dos líderes do estudo.
O gafanhoto migratório não é um organismo modelo como a mosca do vinagre Drosophila melanogaster. A transformação genética foi, portanto, um grande desafio para os pesquisadores. Muitos parâmetros precisam ser estudados, o que torna o processo muito demorado. O volume cerebral incomumente grande do gafanhoto também dificulta a captura e análise de dados de imagem. “Somos o primeiro grupo no mundo a aplicar com sucesso o método de knock-in específico do local para gafanhotos. Sabemos pela literatura que a taxa de sucesso para este tipo de transgênese é muito baixa, mas tivemos sucesso”, diz Xingcong Jiang. .
Curiosamente, a codificação espacial dos odores no lóbulo antenal dos gafanhotos reflete a estrutura química dos odores e não a sua valência – seja agradável ou repulsiva – ao contrário das moscas, por exemplo, onde a valência dos odores já está representada no lóbulo antenal. , com odores agradáveis ativando estruturas diferentes das desagradáveis. “Observamos que odores de certas classes químicas evocam um certo padrão: por exemplo, compostos aromáticos com estrutura química semelhante, mas significado comportamental oposto, evocam respostas mais fortes nas regiões periféricas do lobo antenal. Concluímos que a representação da valência do odor não é codificado no lobo antenal, mas em centros cerebrais superiores, como o corpo do cogumelo e o corno lateral”, diz Bill Hansson, diretor do Departamento de Neuroetologia Evolutiva e um dos autores principais.
A estrutura em anel do código olfativo é uma característica anatômica única do gafanhoto migratório. No entanto, este mecanismo de codificação não é necessariamente transferível para outras espécies de gafanhotos. “Nós nos perguntamos se esta estrutura em forma de anel é uma alternativa pior ou uma solução melhor, com vantagens sobre o arranjo glomerular que encontramos nas moscas. Estudos futuros que investigam as regras de codificação de odores em outras espécies de insetos mostrarão se outras espécies de gafanhotos desenvolveram um semelhante padrão de codificação”, diz Silke Sachse, que já tem mais estudos em mente.
A forma como os insectos percebem e processam os odores e como a percepção dos odores afecta o seu comportamento é importante para uma compreensão mais profunda das interacções ecológicas dos insectos com o seu ambiente. Isto pode, por exemplo, ajudar a optimizar o controlo de pragas agrícolas, como os gafanhotos migratórios. “Acreditamos que uma melhor compreensão dos mecanismos de codificação de odores no centro olfativo primário do cérebro dos gafanhotos aprofundará significativamente o nosso conhecimento da modulação neuronal subjacente aos comportamentos mediados pelo olfato, como a formação de enxames de gafanhotos”, diz Bill Hansson.
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