African Clawed Frog

O sapo africano de garras (Xenopus laevis, também conhecido como o xenopus, sapo africano de garras, sapo africano de garras ou a platanna) é uma espécie de sapo aquático africano da família Pipidae. O seu nome deriva das três garras curtas em cada pé traseiro, que usa para rasgar o seu alimento. A palavra Xenopus significa “pé estranho” e laevis significa “liso”.

A espécie é encontrada em grande parte da África Sub-Sahariana (Nigéria e Sudão para a África do Sul), e em populações isoladas, introduzidas na América do Norte, América do Sul, e Europa. Todas as espécies da família Pipidae são sem língua, desdentadas e completamente aquáticas. Eles usam as mãos para enfiar comida na boca e pela garganta abaixo e uma bomba higobranquial para desenhar ou chupar coisas na boca. Os pipidae têm patas poderosas para nadar e para respirar depois da comida. Eles também usam as garras nos pés para rasgar pedaços de comida grande. Eles não têm tímpanos externos, mas sim discos cartilaginosos subcutâneos que servem para a mesma função. Eles usam os dedos sensíveis e o olfacto para encontrar comida. Os pipidae são necrófagos e comem quase tudo o que vive, morre ou morre e qualquer tipo de resíduo orgânico.

Descrição

Estes sapos são abundantes em lagos e rios dentro da porção sudeste da África Sub-Sahariana. Elas são aquáticas e são frequentemente de cor cinza-esverdeada. As variedades albinas são geralmente vendidas como animais de estimação. As rãs africanas de garras “tipo selvagem” também são frequentemente vendidas como animais de estimação, e muitas vezes incorrectamente rotuladas como rãs do Congo ou rãs anãs africanas devido a colorações semelhantes. Elas são facilmente distinguidas das rãs anãs africanas porque as rãs africanas com garras só têm cintas nas patas traseiras, enquanto as rãs anãs africanas têm cintas nos quatro pés.

Produzem-se através da fertilização dos ovos fora do corpo da fêmea (ver reprodução das rãs). Dos sete modos de amplexo (posições em que as rãs acasalam), estas rãs são encontradas reproduzindo-se no amplexo inguinal, onde o macho prende a fêmea à frente das patas traseiras da fêmea e aperta até que os ovos saiam. Os óvulos são então fertilizados.

As rãs com garras são os únicos anfíbios a ter garras reais usadas para trepar e triturar alimentos como peixes ou girinos. Eles põem os seus ovos desde o inverno até à primavera. Durante as estações chuvosas, eles viajam para outros lagos ou poças de água para procurar comida. Durante os períodos de seca, as rãs com garras podem enterrar-se na lama, ficando adormecidas até um ano.

Xenopus laevis são conhecidos por sobreviverem 15 ou mais anos na natureza e 25-30 anos em cativeiro. Eles derramam a sua pele a cada estação, e comem a sua própria pele.

Embora falte um saco vocal, os machos fazem um chamamento de acasalamento alternando trills longos e curtos, contraindo os músculos intrínsecos da laringe. As fêmeas também respondem vocalmente, sinalizando quer a aceitação (um som de rap) ou a rejeição (tiquetaque lento) do macho. Esta rã tem uma pele lisa e escorregadia, multicolorida nas costas com manchas de cor cinza oliva ou marrom. A parte inferior é branca cremosa com uma tonalidade amarelada.

Rã macho e fêmea podem ser facilmente distinguidos através das seguintes diferenças. Os sapos machos são geralmente cerca de 20% mais pequenos do que as fêmeas, com corpos e pernas finas. Os machos fazem chamadas de acasalamento para atrair as fêmeas, soando muito como um grilo a chamar debaixo de água. As fêmeas são maiores do que os machos, aparecendo muito mais carnudas com protuberâncias semelhantes às das ancas acima das patas traseiras (onde os seus ovos estão localizados internamente).

Bambos machos e fêmeas têm uma cloaca, que é uma câmara através da qual passam os resíduos digestivos e urinários e através da qual os sistemas reprodutivos também esvaziam. A cloaca esvazia por meio da ventilação que nos répteis e anfíbios é uma abertura única para os três sistemas.

Na natureza

O Protopolisoma xenopodis monogénico, um parasita da bexiga urinária de Xenopus laevis

Na natureza, Xenopus laevis são nativos de zonas húmidas, lagoas e lagos nas regiões áridas/semiáridas da África Sub-Sahariana. Xenopus laevis e Xenopus muelleri ocorrem ao longo da fronteira ocidental do Grande Rift Africano. Os povos da África Subsaariana estão geralmente muito familiarizados com este sapo, e algumas culturas usam-no como fonte de proteína, afrodisíaco, ou como medicina de fertilidade. Dois surtos históricos de priapismo foram ligados ao consumo de pernas de rã de sapos que comiam insetos contendo cantharidina.

Xenopus laevis na natureza são comumente infectados por vários parasitas, incluindo monogénicos na bexiga urinária.

Usar em pesquisa

Xenopus embriões e ovos são um sistema modelo popular para uma grande variedade de estudos biológicos. Este animal é amplamente utilizado devido à sua poderosa combinação de tractabilidade experimental e estreita relação evolutiva com os seres humanos, pelo menos em comparação com muitos organismos modelo. Para uma discussão mais abrangente sobre o uso destes sapos na pesquisa biomédica, ver Xenopus.

No início da década de 1930, dois pesquisadores sul-africanos, Hillel Shapiro e Harry Zwarenstein, que eram estudantes de Lancelot Hogben na Universidade da Cidade do Cabo, desenvolveram um teste de gravidez humana injectando a urina da mulher num sapo Xenopus laevis. Se o sapo ovulava, a mulher estava grávida. Este teste simples e confiável foi usado universalmente durante os anos 30 a 60.

Xenopus tem sido uma ferramenta importante para estudos in vivo em biologia molecular, celular e de desenvolvimento de animais vertebrados. No entanto, a grande amplitude da pesquisa com Xenopus deriva do fato adicional de que extratos sem células feitos de Xenopus são um sistema in vitro de primeira linha para estudos de aspectos fundamentais da biologia celular e molecular. Assim, Xenopus é o único sistema de modelo de vertebrados que permite análises in vivo de alto rendimento da função genética e da bioquímica de alto rendimento. Finalmente, os oócitos Xenopus são um sistema líder para estudos de transporte de íons e fisiologia de canais.

Embora X. laevis não tenha o curto tempo de geração e a simplicidade genética geralmente desejada em organismos modelo genético, é um importante organismo modelo em biologia do desenvolvimento, biologia celular, toxicologia e neurobiologia. X. laevis leva de 1 a 2 anos para atingir a maturidade sexual e, como a maioria de seu gênero, é tetraplóide. No entanto, tem um embrião grande e facilmente manipulável. A facilidade de manipulação em embriões anfíbios deu-lhes um lugar importante na biologia do desenvolvimento histórico e moderno. Uma espécie relacionada, Xenopus tropicalis, está agora sendo promovida como um modelo mais viável para a genética.

Roger Wolcott Sperry usou X. laevis para seus famosos experimentos descrevendo o desenvolvimento do sistema visual. Estes experimentos levaram à formulação da hipótese da Quimioaffinidade.

Xenopus oocytes fornecem um importante sistema de expressão para a biologia molecular. Injetando DNA ou mRNA no oócito ou no embrião em desenvolvimento, os cientistas podem estudar os produtos protéicos em um sistema controlado. Isto permite a rápida expressão funcional dos DNAs (ou mRNA) manipulados. Isto é particularmente útil em eletrofisiologia, onde a facilidade de registro a partir do oócito torna a expressão dos canais de membrana atraente. Um desafio do trabalho do oócito é eliminar proteínas nativas que possam confundir os resultados, como os canais de membrana nativos do oócito. A tradução de proteínas pode ser bloqueada ou a emenda de pré-mRNA pode ser modificada pela injeção de Morpholino antisense oligos no oócito (para distribuição através do embrião) ou embrião precoce (para distribuição apenas em células filhas da célula injetada).

Extracts from the eggs of X. laevis frogs are also commonly used for biochemical studies of DNA replication and repair, as these extracts support fully DNA replication and other related processes in a cell-free environment which allows easier manipulation.

O primeiro vertebrado a ser clonado foi um sapo africano com garras, uma experiência pela qual Sir John Gurdon recebeu o Prémio Nobel em Fisiologia ou Medicina 2012 “pela descoberta de que as células maduras podem ser reprogramadas para se tornarem pluripotentes”.

Adicionalmente, vários sapos africanos com garras estavam presentes no Space Shuttle Endeavour (que foi lançado ao espaço em 12 de Setembro de 1992) para que os cientistas pudessem testar se a reprodução e o desenvolvimento poderiam ocorrer normalmente em gravidade zero.

Xenopus laevis também é notável pelo seu uso no primeiro método amplamente utilizado de testes de gravidez, depois que Lancelot Hogben descobriu que a urina de mulheres grávidas induziu a produção de oócitos X. laevis. A gonadotropina coriónica humana (HCG) é uma hormona encontrada em quantidades substanciais na urina de mulheres grávidas. Atualmente, o HCG comercialmente disponível é injetado em machos e fêmeas de Xenopus para induzir o comportamento de acasalamento e para reproduzir estas rãs em cativeiro em qualquer época do ano.

Xenopus laevis também serve como um sistema modelo ideal para o estudo dos mecanismos da apoptose. Na verdade, iodo e tiroxina estimulam a espectacular apoptose das células das brânquias larvares, cauda e barbatanas nos anfíbios metamorfose, e estimulam a evolução do seu sistema nervoso transformando o girino aquático e vegetariano no sapo carnívoro terrestre.

Sequenciamento do genoma

Trabalhos iniciais de seqüenciamento do genoma X. laevis foram iniciados quando os laboratórios de Wallingford e Marcotte obtiveram financiamento do Texas Institute for Drug and Diagnostic Development (TI3D), em conjunto com projetos financiados pelos National Institutes of Health. O trabalho expandiu-se rapidamente para incluir a reconstrução de novas transcrições de X. laevis, em colaboração com grupos de todo o mundo doando conjuntos de dados de sequenciamento de RNA do Illumina Hi-Seq. O sequenciamento genético pelos grupos Rokhsar e Harland (UC Berkeley) e por Taira e colaboradores (Universidade de Tóquio, Japão) deu um grande impulso ao projeto, que, com contribuições adicionais de investigadores da Holanda, Coréia, Canadá e Austrália, levou à publicação da sequência do genoma e sua caracterização em 2016.

Online Model Organism Database

Xenbase é o Model Organism Database (MOD) tanto para Xenopus laevis como para Xenopus tropicalis. Xenbase hospeda todos os detalhes e informações sobre o genoma atual do Xenopus laevis (9.1).

Como animais de estimação

Xenopus laevis têm sido mantidos como animais de estimação e assuntos de pesquisa desde os anos 50. São extremamente resistentes e de vida longa, tendo sido conhecidos por viverem até 20 ou mesmo 30 anos em cativeiro.

As rãs africanas com garras são frequentemente mal rotuladas como rãs anãs africanas nas lojas de animais de estimação. Diferenças identificáveis são:

• As rãs anãs têm quatro patas de cintas. As rãs anãs africanas com garras têm os pés traseiros em forma de teia enquanto que os pés dianteiros têm dígitos autónomos.
• As rãs anãs africanas com garras têm os olhos posicionados na lateral da cabeça, enquanto que as rãs africanas com garras têm os olhos posicionados na parte superior da cabeça.
• As rãs africanas com garras têm os focinhos curvos e achatados. O focinho de uma rã anã africana é pontiagudo.

Como uma praga

As rãs africanas com garras são predadoras vorazes e adaptam-se facilmente a muitos habitats. Por esta razão, elas podem facilmente tornar-se uma espécie invasiva prejudicial. Elas podem viajar curtas distâncias para outros corpos de água, e algumas até já foram documentadas para sobreviverem a ligeiros congelamentos. Tem sido demonstrado que eles devastam populações nativas de sapos e outras criaturas comendo as suas crias.

Em 2003, as rãs Xenopus laevis foram descobertas num lago no Parque Golden Gate, em São Francisco. Existe agora muito debate na área sobre como exterminar estas criaturas e evitar que se espalhem. Não se sabe se estas rãs entraram no ecossistema de São Francisco através de libertação intencional ou fuga para a natureza. Oficiais de São Francisco drenaram Lily Pond e cercaram a área para impedir que as rãs escapassem para outros lagos na esperança de morrerem de fome.

Devido aos incidentes em que estas rãs foram libertadas e autorizadas a fugir para a natureza, as rãs africanas com garras são ilegais de possuir, transportar ou vender sem autorização nos seguintes estados dos EUA: Arizona, Califórnia, Kentucky, Louisiana, New Jersey, Carolina do Norte, Oregon, Vermont, Virginia, Hawaii, Nevada, e estado de Washington. Entretanto, é legal possuir Xenopus laevis em New Brunswick (Canadá) e Ohio.

Existem colónias selvagens de Xenopus laevis no Sul do País de Gales, Reino Unido.

O sapo africano com garras pode ser um vector importante e a fonte inicial do Batrachochytrium dendrobatidis, um fungo quítrico que tem estado implicado no declínio drástico das populações anfíbias em muitas partes do mundo. Ao contrário de muitas outras espécies de anfíbios (incluindo o sapo com garras ocidentais) onde este fungo causador da doença Chytridomicose, não parece afectar o sapo africano com garras, tornando-o um portador eficaz.