As asas da mariposa-do-tabaco detectam cheiro, não só as antenas

Dezesseis estímulos, duas respostas

O experimento central é simples de descrever e desconfortável de interpretar. Ahmed Reda Ismaieel e Regina Stieber, com Bill Hansson e Sonja Bisch-Knaden, destacaram asas posteriores de Manduca sexta, apararam cada uma até caber entre dois eletrodos de registro e fixaram o contato com gel condutor. Sobre a face dorsal da asa mantiveram um fluxo contínuo de ar filtrado em carvão e umidificado, a 0,5 litro por minuto, e nele injetaram pulsos de 200 milissegundos de ar carregado com um estímulo por vez. Dezesseis estímulos entraram no painel. Dois produziram deflexão.

Os negativos importam tanto quanto os positivos. A nicotina não produziu resposta. A piridina e a 2-acetilpiridina, anéis aromáticos vizinhos, também não. E, o mais incômodo para a leitura fácil, os três extratos de aroma coletados de plantas vivas durante 24 horas em armadilhas Porapak-Q passaram sem sinal. A asa respondeu a duas moléculas puras, não ao cheiro de uma planta.

O que é, exatamente, um receptor olfativo de inseto

Para entender por que uma asa poderia cheirar, é preciso saber o que faz um receptor olfativo de inseto — e a resposta é menos parecida com o olfato dos vertebrados do que o vocabulário sugere. Do lado dos mamíferos, a arquitetura já foi mapeada em escala fina: um levantamento do nariz de camundongos revelou faixas organizadas de receptores e suas conexões precisas com o bulbo olfatório. No inseto, a peça molecular é outra coisa. Os receptores olfativos formam ali uma classe própria de canais iônicos ativados por odor: a molécula de cheiro não dispara uma cascata bioquímica interna, ela abre um poro na membrana e deixa íons atravessarem.

A família OR e a peça sem a qual nada monta

A primeira família é a dos receptores odorantes, os ORs. Cada neurônio olfativo costuma expressar um OR de reconhecimento junto com um segundo componente altamente conservado, o ORco. Nos insetos neópteros — grupo que inclui mariposas, moscas e mosquitos —, os ORs só funcionam montados em complexos heteroméricos com o ORco, que dá estabilidade estrutural ao conjunto. Sem essa peça, o receptor de reconhecimento não vira canal.

A estrutura desse canal foi resolvida em 2021 por Josefina del Mármol, Mackenzie Yedlin e Vanessa Ruta, na Universidade Rockefeller, usando um receptor de um inseto basal, Machilis hrabei, que ainda funciona como homotetrâmero e dispensa o ORco. As imagens mostraram um bolso de ligação geometricamente simples, dominado por interações hidrofóbicas difusas — nada de encaixe chave-fechadura. Eugenol e DEET, moléculas bem diferentes, ocupam o mesmo bolso. Quando o odorante se acomoda ali, o canal se abre no centro do tetrâmero e os íons entram na célula. É essa promiscuidade controlada que permite a um único receptor responder a um conjunto químico amplo.

A família IR, herdada de uma sinapse

A segunda família tem outra origem. Em 2009, Richard Benton, Kirsten Vannice, Carolina Gomez-Diaz e Leslie Vosshall descreveram na revista Cell um grupo de genes aparentados aos receptores ionotrópicos de glutamato, as proteínas que fazem a comunicação em sinapses. Batizaram-nos de receptores ionotrópicos, ou IRs. São canais montados a partir de subunidades, com domínios de ligação divergentes que perderam justamente os resíduos responsáveis por agarrar o glutamato. Um receptor de sinapse foi reaproveitado como sensor do ambiente — e o parentesco é antigo: proteínas dessa linhagem existem em bactérias, plantas e animais.

Os IRs ocupam sensilas que os ORs não ocupam. Na antena da mosca, são as celocônicas, cujos neurônios não expressam ORco nem membros das famílias OR e GR, e que respondem a uma química diferente: ácidos, amônia, aminas. Também funcionam por combinação. Dois genes, IR8a e IR25a, são amplamente expressos e aparecem em populações sobrepostas de neurônios, servindo de correceptores para os IRs de reconhecimento. Na divisão que o próprio artigo das asas adota, IR8a é o correceptor dos IRs que detectam ácidos, e IR76b, o dos que detectam aminas.

A peça que faltava na asa

A segunda linha de evidência do estudo é de expressão gênica. A equipe extraiu RNA mensageiro das asas e mediu quais genes de receptor químico estavam sendo transcritos, com um ensaio NanoString e confirmação por RT-PCR. Nas margens — onde ficam as cerdas com poros — apareceram quinze genes de receptor: onze ORs, dois IRs e dois GRs, estes últimos receptores gustativos. É cerca de metade do que a asa inteira expressa.

O achado decisivo, porém, é uma ausência. O gene do ORco não foi detectado nas asas. Como os ORs de mariposa dependem obrigatoriamente desse correceptor para montar um canal funcional, os onze ORs transcritos ali provavelmente não estão operando. Os autores extraem daí uma previsão negativa explícita: sem ORco, a asa não deveria ser capaz de detectar terpenos, ésteres e aromáticos. É exatamente o que a eletrofisiologia mostrou. O linalol, o hexanoato de metila e os anéis aromáticos do painel não produziram nada.

Sobra a via ionotrópica. IR76b e IR8a foram detectados nas asas, e o RT-PCR encontrou IR8a, IR25a e IR76b em amostras de asa de fêmeas. A coincidência com o resultado fisiológico é notável: em Drosophila, Alina Vulpe e Karen Menuz mostraram em 2021 que as respostas a aminas nos neurônios olfativos dependem de IR76b e IR25a atuando juntos — e a pirrolidina está entre os compostos que elas testaram. A asa da mariposa expressa o mesmo par de correceptores e responde à mesma amina.

Falta o receptor de reconhecimento, aquele que daria especificidade ao conjunto. Para procurá-lo, Ismaieel modelou dez proteínas receptoras com o AlphaFold2, todas com pLDDT igual ou acima de 80 — a medida de confiança da previsão estrutural —, e rodou simulações de encaixe com o AutoDock. Dois candidatos se destacaram, ambos do clado IR7d, específico dos lepidópteros: MsexIR7d.2 e MsexIR7d.3. Nos dois, um resíduo ácido no bolso de ligação — Asp211 num, Asp218 no outro — foi previsto formando ligações de hidrogênio conservadas tanto com a pirrolidina quanto com a piperidina. Os outros oito receptores devolveram encaixes fracos, inespecíficos ou transitórios.

Como se mede cheiro numa estrutura que não é antena

Não existe método consagrado para medir olfato numa asa, então os autores adaptaram o método que existe para antena. O eletroantenograma foi criado por Dietrich Schneider em 1957, nos primeiros experimentos eletrofisiológicos sobre olfato de inseto, feitos com o bicho-da-seda Bombyx mori: uma antena isolada entre dois microeletrodos capilares, ligados a um amplificador. A versão para asa ganhou nome próprio no artigo — eletrowingografia, abreviada EWG.

Vale saber o que esse tipo de registro enxerga. Um eletroantenograma capta potenciais de campo através do tecido, e o que ele mede é a soma da atividade de muitos neurônios receptores olfativos ao mesmo tempo, combinando classes diferentes de receptor químico. Não distingue neurônio individual nem diz onde no tecido a resposta nasceu. Como observa Vincent Jacob num trabalho de 2018 sobre a técnica, a amplitude depende tanto do potencial de receptor de cada neurônio quanto da densidade de neurônios responsivos perto do eletrodo. É uma medida grosseira e robusta: boa para dizer que houve resposta, ruim para dizer de onde ela veio.

1. Uma asa posterior é destacada do animal, aparada até caber entre dois eletrodos de registro e fixada com gel condutor.
2. Um fluxo contínuo de ar filtrado em carvão ativado e umidificado, a 0,5 litro por minuto, corre por um tubo de alumínio de 11 centímetros posicionado a 1 ou 2 centímetros da face dorsal da asa.
3. O estímulo é preparado com 10 microlitros da substância diluída a 1:100 em hexano, aplicados num disco de papel-filtro de 1,2 centímetro dentro de uma pipeta Pasteur de vidro.
4. Um pulso de 200 milissegundos de ar enriquecido, a 0,4 litro por minuto, é injetado no fluxo principal.
5. Duas estimulações de controle apenas com o solvente abrem e fecham cada sequência, e o valor do solvente é subtraído das respostas.
6. O sinal é digitalizado num sistema IDAC-4, e a amplitude registrada é o desvio máximo em relação à linha de base.

Repare no que esse desenho garante e no que ele não garante. Os controles com hexano eliminam a hipótese de que o sopro em si, ou o solvente, produza a deflexão; a subtração torna o número comparável entre estímulos. Mas o preparo é uma asa destacada, sobre a bancada, com o ar vindo de uma direção fixa — não uma asa em movimento num animal em voo. A distância entre as duas situações é grande, e o experimento não a atravessa.

O que não foi demonstrado

O impacto sobre o comportamento da ativação da asa por odor continua desconhecido.

A frase é dos próprios autores, e é ela que separa uma leitura correta do estudo de uma leitura que o extrapola. O artigo demonstra capacidade fisiológica de detecção. Comportamento é outra coisa.

Um resultado anterior aponta na mesma direção de cautela: em testes de túnel de vento, a pirrolidina sozinha não desencadeou nem alimentação nem oviposição em fêmeas de M. sexta. A sugestão dos autores é que a molécula possa contar quando faz parte de um buquê natural. É uma hipótese razoável — e uma hipótese, não um resultado.

Há ainda um achado que complica a explicação anatômica mais óbvia. Se as cerdas da margem fossem a fonte do sinal, remover a margem deveria abolir a resposta. Os autores fizeram a cirurgia e a resposta permaneceu: entre asa posterior inteira e asa sem margem não houve diferença estatística, com P acima de 0,4 nas fêmeas e acima de 0,6 nos machos. Uma busca cuidadosa não encontrou cerdas sensoriais na superfície da asa. A hipótese dos autores é que elas estejam ali, escondidas entre as escamas comuns, que medem cerca de 170 micrômetros e são quase o dobro do comprimento das cerdas sensoriais. É plausível e, por ora, não verificado.

Por que um sentido espalhado pelo corpo faz sentido

A primeira frase do artigo já enquadra o achado: além do órgão olfativo primário, a antena, insetos conseguem cheirar com outras partes do corpo. A ideia não é nova nem exótica, e a linhagem evolutiva dos IRs ajuda a entender por quê. Um sensor químico não precisa de uma antena para existir; precisa de um neurônio, uma membrana e um poro.

O precedente mais próximo está na mosca-das-frutas. A margem anterior da asa de Drosophila melanogaster carrega sensilas quimiossensoriais, e em 2019 Zhe He, John Carlson e colegas, na Universidade Yale, encontraram nelas 650 genes preferencialmente expressos — com IR25a e IR76b, de novo, entre os IRs mais abundantes. Um deles, o IR52a, é candidato a receptor de feromônio e teve papel comportamental demonstrado: mutantes copulam menos e mais tarde, silenciar opticamente os neurônios reduz o comportamento sexual, ativá-los o promove. É o modelo exato do que ainda falta para a mariposa — o mesmo tipo de estrutura, na mesma parte do corpo, levado até a demonstração de função.

Em mosquitos, o olfato também não se concentra na antena. Uma revisão de 2021 assinada por Matthew Wheelwright, Catherine Whittle e Olena Riabinina descreve três órgãos olfativos periféricos no adulto — antenas, palpos maxilares e probóscide — e registra que os receptores odorantes das labelas, na ponta da probóscide, inervam oito glomérulos na zona subesofágica, região do cérebro onde sinal olfativo e gustativo se encontram.

Na asa da mariposa há um detalhe econômico que reforça a plausibilidade: as cerdas da margem não são estruturas novas dedicadas ao cheiro. Elas têm soquete elevado, marca de mecanorreceptor, e ao mesmo tempo poro subapical e poros de parede, marca de quimiorreceptor. É um sensor de tato que ganhou perfurações. E existe caminho anatômico até a cabeça: os autores lembram que neurônios sensoriais da base da asa de mariposas-esfinge projetam não apenas para os gânglios torácicos, mas também para o gânglio subesofágico.

Vale lembrar, por fim, que o olfato de hospedeiro dessa mariposa já é um problema de banda estreita mesmo na antena. Num estudo de 2022 da mesma equipe de Jena, o buquê de cada planta hospedeira ativou um único glomérulo entre os 23 registrados no lobo antenal da fêmea, e a análise química mostrou que o aroma das hospedeiras larvais tem apenas de quatro a sete compostos ativos na antena, contra 17 a 20 nas fontes de néctar. Um segundo detector, também estreito e sintonizado em pouquíssimas moléculas, não é uma proposta extravagante.

A pergunta que fica

A pergunta que o estudo abre é limpa e testável: a mariposa usa a asa para cheirar? Responder exige sair da fisiologia e entrar no comportamento, e o desenho experimental já está sugerido pelas limitações do próprio trabalho.

• Expressão heteróloga de MsexIR7d.2 e MsexIR7d.3, em oócitos de Xenopus ou sistema equivalente, para verificar se esses receptores de fato respondem a pirrolidina e piperidina.
• Silenciamento dos correceptores IR25a e IR76b na asa, seguido de teste de oviposição — o experimento que ligaria molécula, órgão e escolha.
• Localização das estruturas responsáveis pela resposta que sobrevive à remoção da margem, provavelmente sob as escamas da superfície.
• Testes comportamentais com pirrolidina e piperidina dentro de misturas naturais, já que isoladas elas não bastaram.

Há também uma tensão química a resolver. Pirrolidina e piperidina são descritas pelos autores como alcaloides característicos de solanáceas, e o gênero Datura de fato produz alcaloides pirrolidínicos — a higrina é o mais comum entre eles, segundo uma revisão de 2021 de Maris Cinelli e A. Daniel Jones. Mas os extratos de aroma das plantas vivas não ativaram a asa neste experimento. Ou as concentrações voláteis desses compostos no campo diferem das do laboratório, ou a coleta de 24 horas em Porapak-Q não as retém bem, ou a relação entre as duas moléculas e o cheiro real da planta é menos direta do que o resumo sugere. O artigo não decide entre essas possibilidades.

Por ora, o que existe é isto: uma asa destacada, presa entre dois eletrodos, que se altera eletricamente diante de duas moléculas e ignora catorze outras, e um conjunto de genes de receptor transcritos num lugar onde ninguém esperava encontrá-los. É pouco para dizer que a mariposa cheira com as asas no sentido em que ela cheira com as antenas. E é bastante para tornar estranha a suposição contrária — a de que um tecido cheio de poros, receptores e ligação nervosa com a cabeça esteja ali sem função nenhuma. Entre uma frase e outra existe um experimento comportamental que ainda não foi feito.