Rato-toupeira nu - Naked mole-rat

Rato-toupeira nu Alcance temporal: 4,3–0  Ma PreꞒ Ꞓ O S D C P T J K Pg N ↓ Plioceno inicial - recente
Estado de conservação
Menor preocupação  ( IUCN 3.1 )
Classificação científica
Reino:	Animalia
Filo:	Chordata
Classe:	Mamíferos
Pedido:	Rodentia
Parvorder:	Phiomorpha
Família:	Heterocephalidae Landry, 1957; Patterson, 2014
Gênero:	Heterocephalus Rüppell, 1842
Espécies:	H. glaber
Nome binomial
Heterocephalus glaber Rüppell , 1842
Distribuição do rato-toupeira pelado

O rato-toupeira pelado ( Heterocephalus glaber ), também conhecido como cachorro da areia , é um roedor nativo de partes da África Oriental . Está intimamente relacionado com os blesmóis e é a única espécie do gênero Heterocephalus da família Heterocephalidae . O rato-toupeira pelado e o rato-toupeira Damaraland ( Fukomys damarensis ) são mamíferos eussociais , a classificação mais elevada de sociabilidade. Ele tem um conjunto altamente incomum de características físicas que permitem que ele prospere em um ambiente subterrâneo hostil e é o único termoconformador dos mamíferos , quase totalmente ectotérmico (sangue frio) na forma como regula a temperatura corporal.

O rato-toupeira pelado não tem sensibilidade à dor na pele e tem taxas metabólicas e respiratórias muito baixas . Embora anteriormente considerado pertencente à mesma família de outros ratos-toupeira africanos, Bathyergidae , uma investigação mais recente o coloca em uma família separada, Heterocephalidae. O rato-toupeira pelado também é notável por sua longevidade e resistência ao câncer e à privação de oxigênio .

Descrição

Os indivíduos típicos têm de 8 a 10 cm (3 a 4 pol.) De comprimento e pesam de 30 a 35 gramas (1,1 a 1,2 onças). As rainhas são maiores e podem pesar bem mais de 50 gramas (1,8 onças), a maior chegando a 80 gramas (2,8 onças). Eles estão bem adaptados à sua existência subterrânea. Seus olhos são muito pequenos e sua acuidade visual é pobre. Suas pernas são finas e curtas; no entanto, eles são altamente hábeis em se mover no subsolo e podem se mover para trás tão rápido quanto para frente. Seus dentes grandes e protuberantes são usados ​​para cavar e seus lábios são selados logo atrás dos dentes, evitando que o solo encha suas bocas durante a escavação. Cerca de um quarto de sua musculatura é usado para fechar as mandíbulas enquanto escavam. Eles têm pouco cabelo (daí o nome comum) e pele enrugada de cor rosa ou amarelada. Eles não possuem uma camada isolante na pele.

Fisiologia

Metabolismo e respiração

O rato-toupeira pelado está bem adaptado à disponibilidade limitada de oxigênio nos túneis de seu habitat típico. Possui pulmões subdesenvolvidos e sua hemoglobina possui alta afinidade pelo oxigênio, aumentando a eficiência da captação de oxigênio. Ele tem uma respiração e uma taxa metabólica muito baixas para um animal de seu tamanho, cerca de 70% a de um camundongo, usando assim o mínimo de oxigênio. Em resposta a longos períodos de fome, sua taxa metabólica pode ser reduzida em até 25%.

O rato-toupeira pelado sobrevive por pelo menos 5 horas no ar que contém apenas 5% de oxigênio; não mostra nenhum sinal significativo de angústia e continua a atividade normal. Pode viver em uma atmosfera de 80% CO
₂e 20% de oxigênio. Em atmosfera de oxigênio zero, ele pode sobreviver 18 minutos aparentemente sem sofrer nenhum dano (mas nenhum sobreviveu a um teste de 30 minutos). Durante o período anóxico, ele perde a consciência, sua freqüência cardíaca cai de cerca de 200 para 50 batimentos por minuto e a respiração para além das tentativas esporádicas de respiração. Quando privado de oxigênio, o animal usa a frutose em sua glicólise anaeróbica , produzindo ácido lático . Essa via não é inibida pela acidose, como acontece com a glicólise da glicose. Em 2017, não se sabia como o rato-toupeira pelado sobrevive à acidose sem danos aos tecidos.

Termorregulação

O rato-toupeira pelado não regula sua temperatura corporal da maneira típica dos mamíferos. Eles são termoconformadores, em vez de termorreguladores , pois, ao contrário de outros mamíferos, a temperatura corporal acompanha a temperatura ambiente. No entanto, também foi afirmado que "o rato-toupeira pelado tem uma temperatura e um ritmo de atividade distintos que não estão associados às condições ambientais." A relação entre o consumo de oxigênio e a temperatura ambiente muda de um padrão poiquilotérmico típico para um modo homeotérmico quando a temperatura está em 29 ° C ou mais. Em temperaturas mais baixas, os ratos-toupeira pelados podem usar termorregulação comportamental. Por exemplo, ratos-toupeira nus e frios amontoam-se ou procuram partes rasas das tocas que são aquecidas pelo sol. Por outro lado, quando ficam muito quentes, os ratos-toupeiras pelados se refugiam nas partes mais profundas e frias das tocas.

Insensibilidade à dor

A pele dos ratos-toupeiras nus carece de neurotransmissores em suas fibras sensoriais cutâneas . Como resultado, os ratos-toupeiras pelados não sentem dor quando são expostos ao ácido ou à capsaicina . Quando eles são injetados com a substância P , um tipo de neurotransmissor, a sinalização da dor funciona como em outros mamíferos, mas apenas com capsaicina e não com ácidos. Propõe-se que seja uma adaptação ao animal que vive com altos níveis de dióxido de carbono devido a ambientes mal ventilados que causariam o acúmulo de ácido nos tecidos corporais.

A deficiência de substância P em ratos-toupeira nus também foi associada à falta de coceira induzida por histamina e comportamento de coçar típico de roedores.

Resistência ao câncer

Ratos-toupeiras nus têm alta resistência a tumores, embora seja provável que não sejam totalmente imunes a doenças relacionadas. Um mecanismo potencial que evita o câncer é um gene de "superlotação", p16 , que impede a divisão celular assim que as células individuais entram em contato (conhecido como " inibição de contato "). As células da maioria dos mamíferos, incluindo ratos-toupeira pelados, sofrem inibição de contato por meio do gene p27, que impede a reprodução celular em uma densidade celular muito maior do que a do p16. A combinação de p16 e p27 em células de rato-toupeira pelado é uma barreira dupla para a proliferação celular descontrolada, uma das marcas do câncer .

Em 2013, os cientistas relataram que a razão pela qual os ratos-toupeira pelados não contraem câncer pode ser atribuída a um " hialuronano de massa molecular extremamente alta " (HMW-HA) (uma substância açucarada natural), que é mais de "cinco vezes maior" do que em humanos com tendência ao câncer e animais de laboratório suscetíveis ao câncer. O relatório científico foi publicado um mês depois como matéria de capa da revista Nature . Poucos meses depois, a mesma equipe de pesquisa da Universidade de Rochester anunciou que ratos-toupeiras pelados têm ribossomos que produzem proteínas extremamente livres de erros. Por causa de ambas as descobertas, a revista Science chamou o rato-toupeira pelado de "Vertebrado do Ano" em 2013.

Em 2016, foi publicado um relatório que registrava as primeiras doenças malignas descobertas em dois ratos-toupeira pelados, em dois indivíduos. No entanto, ambos os ratos-toupeira pelados nasceram em cativeiro em zoológicos e, portanto, viviam em um ambiente com 21% de oxigênio atmosférico em comparação com seus 2–9% naturais, o que pode ter promovido a tumorigênese.

O rato-toupeira cego das Colinas de Golan ( Spalax golani ) e o rato-toupeira cego das Montanhas da Judéia ( Spalax judaei ) também são resistentes ao câncer, mas por um mecanismo diferente.

Longevidade

O rato-toupeira pelado também é interessante porque tem uma vida extraordinariamente longa para um roedor de seu tamanho (até 32 anos) e detém o recorde de roedor de vida mais longa. A taxa de mortalidade da espécie não aumenta com a idade e, portanto, não está de acordo com a da maioria dos mamíferos (como frequentemente definido pela lei de mortalidade de Gompertz-Makeham ). Os ratos-toupeira nus são altamente resistentes ao câncer e mantêm a função vascular saudável por mais tempo do que os ratos de vida curta. O motivo de sua longevidade é debatido, mas acredita-se que esteja relacionado à sua capacidade de reduzir substancialmente seu metabolismo durante tempos difíceis e, assim, prevenir os danos do estresse oxidativo induzidos pelo envelhecimento . Isso tem sido conhecido como "viver sua vida em pulsos". Sua longevidade também foi atribuída à "estabilidade da proteína". Por causa de sua extraordinária longevidade, um esforço internacional foi feito para sequenciar o genoma do rato-toupeira pelado. Um rascunho do genoma foi disponibilizado em 2011 com uma versão aprimorada lançada em 2014. Seu número somático é 2n = 60. O sequenciamento do transcriptoma revelou que genes relacionados a mitocôndrias e processos de redução de oxidação têm altos níveis de expressão no rato-toupeira pelado em comparação com ratos, o que pode contribuir para sua longevidade.

Os transcriptomas de reparo de DNA do fígado de humanos, ratos-toupeira pelados e camundongos foram comparados. A expectativa de vida máxima de humanos, ratos-toupeira pelados e camundongos é, respectivamente, c. 120, 30 e 3 anos. As espécies de vida mais longa, humanos e ratos-toupeira nus, expressaram genes de reparo de DNA, incluindo genes centrais em várias vias de reparo de DNA, em um nível mais alto do que os camundongos. Além disso, várias vias de reparo de DNA em humanos e ratos-toupeira pelados foram reguladas para cima em comparação com os camundongos. Essas descobertas sugerem que o aumento do reparo do DNA facilita uma maior longevidade e também são consistentes com a teoria do envelhecimento do dano ao DNA .

Tamanho

As fêmeas reprodutoras se tornam a fêmea dominante, geralmente, fundando novas colônias, lutando pela posição dominante ou assumindo o controle assim que a fêmea reprodutora morrer. Essas fêmeas que se reproduzem tendem a ter corpos mais longos do que suas contrapartes não reproduzíveis com a mesma largura de crânio. As medidas das fêmeas antes de se tornarem reprodutivas e depois mostram aumentos significativos no tamanho corporal. Acredita-se que essa característica não ocorra devido a diferenças morfológicas pré-existentes, mas sim à efetiva obtenção da posição feminina dominante. Tal como acontece com as fêmeas reprodutoras, os machos reprodutivos também parecem ser maiores em tamanho do que suas contrapartes não reprodutivas, mas não tanto quanto no caso das fêmeas. Esses machos também têm contornos visíveis dos testículos através da pele de seus abdomens. Ao contrário das fêmeas, geralmente existem vários machos reprodutores.

Cronobiologia

O habitat subterrâneo do rato-toupeira nu impõe restrições ao seu ritmo circadiano . Vivendo na escuridão constante , a maioria dos indivíduos possui um padrão de atividade de corrida livre e são ativos tanto de dia quanto de noite, dormindo por curtos períodos de tempo várias vezes entre um e outro.

Ecologia e comportamento

Distribuição e habitat

O rato-toupeira pelado é nativo das partes mais secas das pastagens tropicais da África Oriental, predominantemente do sul da Etiópia , Quênia e Somália .

Aglomerados com uma média de 75 a 80 indivíduos vivem juntos em sistemas complexos de tocas nos áridos desertos africanos. Os sistemas de túneis construídos por ratos-toupeira pelados podem se estender por até três a cinco quilômetros (2–3 mi) de comprimento cumulativo.

Funções

O rato-toupeira pelado é o primeiro mamífero descoberto a exibir eussocialidade . O rato-toupeira Damaraland ( Cryptomys damarensis ) é o único outro mamífero eussocial conhecido atualmente.

Esta estrutura eussocial do rato-toupeira pelado é semelhante à encontrada em formigas , cupins e algumas abelhas e vespas . Apenas uma fêmea (a rainha) e um a três machos se reproduzem, enquanto o restante dos membros da colônia funcionam como operárias. A rainha e os machos reprodutores podem procriar com um ano de idade. As operárias são estéreis, com as menores se concentrando na coleta de alimentos e na manutenção do ninho, enquanto as operárias maiores são mais reativas em caso de ataque. As fêmeas que não se reproduzem parecem ser suprimidas reprodutivamente, o que significa que os ovários não amadurecem totalmente e não têm os mesmos níveis de certos hormônios que as fêmeas reprodutoras. Por outro lado, há pouca diferença de concentração de hormônio entre machos reprodutores e não reprodutores. Em experimentos em que a fêmea reprodutiva foi removida ou morreu, uma das fêmeas não reprodutoras assumiu o controle e se tornou sexualmente ativa. Membros não reprodutores da colônia estão envolvidos no cuidado cooperativo dos filhotes produzidos pela fêmea reprodutora. Isso ocorre através das operárias que impedem os filhotes de se perderem, forrageando por comida, escovando, contribuindo para a extensão dos túneis e mantendo-os aquecidos.

Rainha e gestação

As relações entre a rainha e os machos reprodutores podem durar muitos anos; outras fêmeas são temporariamente estéreis. Rainhas vivem de 13 a 18 anos e são extremamente hostis a outras mulheres que se comportam como rainhas ou produzem hormônios para se tornarem rainhas. Quando a rainha morre, outra fêmea toma seu lugar, às vezes após uma luta violenta com seus concorrentes. Uma vez estabelecido, o corpo da nova rainha expande o espaço entre as vértebras em sua coluna vertebral para se tornar mais longo e pronto para gerar filhotes.

A gestação dura cerca de 70 dias. Uma ninhada normalmente varia de três a doze filhotes, mas pode ter até vinte e oito. O tamanho médio da ninhada é onze. Na natureza, os ratos-toupeira pelados geralmente se reproduzem uma vez por ano, se a ninhada sobreviver. Em cativeiro, eles se reproduzem o ano todo e podem produzir uma ninhada a cada 80 dias. Os jovens nascem cegos e pesam cerca de 2 gramas (0,07 oz). A rainha cuida deles durante o primeiro mês; depois disso, os outros membros da colônia os alimentam com papas fecais até que tenham idade suficiente para comer alimentos sólidos.

Trabalhadores

Os trabalhadores menores se concentram na aquisição de alimentos e na manutenção de túneis, enquanto os trabalhadores maiores são mais reativos em caso de ataques. Como em certas espécies de abelhas, as operárias são divididas ao longo de um continuum de diferentes comportamentos da casta operária, em vez de grupos distintos. Alguns funcionam principalmente como túneis, expandindo a grande rede de túneis dentro do sistema de tocas, e alguns principalmente como soldados , protegendo o grupo de predadores externos . Existem dois tipos principais de operárias, as "operárias frequentes" que frequentemente realizam tarefas como forrageamento e construção de ninhos e as "operárias infrequentes" que apresentam sobreposição de funções com as "operárias frequentes", mas desempenham em um ritmo muito mais lento. Os trabalhadores são estéreis quando não há um novo papel reprodutivo a cumprir.

Dispersores

A consanguinidade é um fenômeno comum entre ratos-toupeira pelados dentro de uma colônia. A consanguinidade prolongada geralmente está associada a uma menor aptidão. No entanto, a descoberta de um papel dispersor revelou um mecanismo de exogamia além de evitar a consanguinidade . Os dispersores são morfologicamente, fisiologicamente e comportamentalmente distintos dos membros da colônia e procuram ativamente deixar sua toca quando uma oportunidade de fuga se apresenta. Esses indivíduos estão equipados com generosas reservas de gordura para a viagem. Embora possuam altos níveis de hormônio luteinizante , os dispersores estão interessados ​​apenas em acasalar com indivíduos de colônias estrangeiras, e não com a rainha de sua própria colônia. Eles também mostram pouco interesse em trabalhar cooperativamente com os membros da colônia em sua toca natal. Portanto, o morfo dispersor é bem preparado para promover a troca de indivíduos, bem como de material genético, entre duas colônias separadas.

Colônias

As colônias variam em tamanho de 20 a 300 indivíduos, com uma média de 75.

Escolha da companheira

Ratas-toupeiras peladas reprodutivamente ativas tendem a se associar com machos desconhecidos (geralmente não-parentes), enquanto as fêmeas reprodutivamente inativas não fazem discriminação. A preferência de fêmeas reprodutivamente ativas por machos desconhecidos é interpretada como uma adaptação para evitar a consanguinidade. A endogamia é evitada porque normalmente leva à expressão de alelos deletérios recessivos.

Dieta

Os ratos-toupeiras pelados se alimentam principalmente de tubérculos muito grandes (pesando até mil vezes o peso corporal de um rato-toupeira típico) que encontram no subsolo por meio de suas operações de mineração. Um único tubérculo pode fornecer a uma colônia uma fonte de alimento de longo prazo - durando meses ou até anos, pois eles comem por dentro, mas saem de fora, permitindo que o tubérculo se regenere. Bactérias simbióticas em seus intestinos fermentam as fibras, permitindo que a celulose, de outra forma indigesta, se transforme em ácidos graxos voláteis.

Ratos-toupeiras nus às vezes também comem suas próprias fezes . Isso pode ser parte de seu comportamento eussocial e um meio de compartilhar os hormônios da rainha.

Predadores

Os ratos-toupeira pelados são predados principalmente por cobras - especialmente a cobra de bico Rufous e a boa de areia queniana - assim como vários raptores . Eles são mais vulneráveis ​​ao construir montes e ejetar solo para a superfície.

Estado de conservação

Os ratos-toupeira nus não são ameaçados. Eles são comuns e numerosos nas regiões mais secas da África Oriental .

The Photo Ark

Um rato-toupeira pelado que vivia no Lincoln Children's Zoo foi o primeiro animal a ser fotografado para o projeto da National Geographic , The Photo Ark , que tem o objetivo de fotografar todas as espécies que vivem em zoológicos e santuários de vida selvagem ao redor do mundo para inspirar ação para salvar a vida selvagem.

Referências

Leitura adicional

links externos

• Visualize a montagem do genoma hetGla2 no navegador do genoma UCSC .