O metabolismo consistente pode ser caro para insetos em águas mais salgadas

“Os habitats de água doce em geral estão ficando mais salgados por uma série de razões, incluindo sal rodoviário e escoamento agrícola, extração de carvão e gás natural, seca e aumento do nível do mar”, diz David Buchwalter, professor de toxicologia na NC State e autor correspondente de a pesquisa. "Os insectos de água doce e outros organismos que vivem nestes sistemas são utilizados como indicadores da saúde do ecossistema. Quando estes sistemas ficam mais salgados, vemos que a diversidade de insectos diminui, mas não sabemos ao certo porquê."

Os animais aquáticos (incluindo insetos e crustáceos) devem manter constantemente o equilíbrio correto de água e sais dentro do seu corpo, um processo chamado osmorregulação. Teoricamente, o ambiente mais favorável para os animais aquáticos seria aquele onde os níveis de salinidade externa fossem próximos aos do interior do animal. Dessa forma o animal não precisa trabalhar tanto para manter a osmorregulação.

No entanto, o oposto parece ser verdadeiro para os insectos de água doce, uma salinidade mais elevada está sempre associada a taxas aumentadas de absorção de iões nos insectos, mas também está associada a atrasos no desenvolvimento ou morte.

“Pensamos que os insectos de água doce poderiam estar a transferir tanta da sua energia para a osmorregulação em ambientes mais salgados que não conseguem crescer ou prosperar”, diz Buchwalter. “Portanto, medimos as taxas metabólicas de crustáceos e insetos em ambientes diluídos e salinos para ver se as respostas metabólicas à salinidade eram semelhantes”.

A equipe analisou três tipos de animais de água doce, duas espécies de gammarid, ou “scud”, que é um pequeno crustáceo de água doce; um caracol de água doce; e três espécies de insetos aquáticos.

No primeiro teste, eles mediram o metabolismo dos animais colocando-os em águas com diferentes concentrações de íons salinos e observando suas taxas de consumo de oxigênio. Eles observaram que condições mais diluídas faziam com que os crustáceos e os caracóis respirassem com mais dificuldade, aumentando seu metabolismo, enquanto as taxas metabólicas dos insetos eram constantes, independentemente da salinidade.

Em seguida, a equipe analisou se um aumento nas taxas de respiração estava ligado ao transporte de um íon específico. Os isótopos radioativos dos íons salinos cálcio e sódio permitiram aos pesquisadores medir a quantidade e a rapidez com que os animais absorveram diferentes íons.

Os pesquisadores descobriram que o cálcio era o principal impulsionador do aumento do metabolismo dos não-insetos em salinidades mais baixas. Por outras palavras, os crustáceos e os caracóis trabalharam mais para transportar os iões de cálcio de que necessitavam num ambiente onde o cálcio era mais difícil de encontrar.

Em contraste, as taxas metabólicas dos insectos permaneceram constantes tanto em ambientes salinos como diluídos, embora tivessem uma taxa de transporte de iões de cálcio mais elevada no ambiente salino. Os insetos parecem ter muito pouca demanda por cálcio; na verdade, pesquisas anteriores mostraram que o excesso de cálcio é potencialmente tóxico para eles.

Os pesquisadores acham que o uso de energia interna, ou transporte ativo, pelos animais para movimentar os sais pode ser a explicação.

“Quando vemos o metabolismo dos não-insetos aumentar em ambientes diluídos, pode ser devido ao fato de que eles têm que trabalhar mais para absorver mais cálcio”, diz Buchwalter. "E embora pareça contra-intuitivo, o oposto é verdadeiro para os insectos que trabalham mais arduamente num ambiente mais salino para manter o equilíbrio, embora as suas taxas de respiração não aumentem. Em vez disso, parecem utilizar recursos que de outra forma seriam dedicados ao crescimento e desenvolvimento para 'desfazer' a absorção excessiva de íons quando as coisas ficam mais salgadas.

“Mover íons de sal tem um custo energético para o animal”, diz Buchwalter. "Portanto, para os insetos de água doce, a ideia de que os organismos deveriam prosperar em ambientes próximos à sua salinidade interna está errada. Além disso, sua baixa demanda por cálcio pode ajudá-los a prosperar em ambientes muito diluídos, onde os insetos normalmente dominam a ecologia. Em contraste, baixa o cálcio parece ser estressante para os crustáceos e caracóis neste estudo. É fascinante que espécies que vivem nos mesmos habitats possam ter fisiologias tão diferentes."

Trabalhos futuros irão explorar se estas diferenças fisiológicas se baseiam na ancestralidade dos organismos testados ou na utilização de cálcio nos seus exoesqueletos/conchas.

O trabalho aparece no Journal of Experimental Biology e foi apoiado pela National Science Foundation sob a concessão IOS 1754884. Primeiro autor e Ph.D. o candidato Jamie Cochran foi apoiado por uma Goodnight Doctoral Fellowship. Catelyn Banks, ex-aluna da Escola de Ciências e Matemática da Carolina do Norte, também contribuiu para o trabalho.