A vida microbiana na Lower Geyser Basin, em Yellowstone, pode trazer pistas sobre como a vida aprendeu a explorar o oxigénio, segundo uma análise recente conduzida por investigadores da Montana State University.
Nas fontes Octopus Spring e Conch Spring, os microrganismos vivem em estruturas gelatinosas semelhantes a algas, formando “fitas” que se agitam com força em correntes superaquecidas, em torno de 88 graus Celsius (190 degrees Farenheit). Geneticamente aparentados a bactérias e arqueias antigas, esses organismos oferecem uma rara janela para a “sopa primordial” da qual a vida emergiu.
Embora as comunidades microbianas partilhem muitas características, os ambientes das duas fontes divergem em alguns aspetos essenciais.
Octopus Spring e Conch Spring: oxigénio e sulfureto em contraste
A Octopus Spring apresenta níveis muito mais altos (about 20 micromolar) de oxigénio dissolvido do que a vizinha Conch Spring, que, com less than 1 micromolar of dissolved oxygen, praticamente não tem oxigénio.
Ao mesmo tempo, a Conch Spring contém muito mais sulfureto dissolvido - altamente tóxico - (more than 120 micromolar) do que a Octopus Spring (less than 2-3 micromolar).
Essas diferenças químicas fazem com que a comparação entre as comunidades de cada fonte ajude a esclarecer como a vida sobreviveu antes - e também durante - o Grande Evento de Oxidação (GOE), que inundou a atmosfera terrestre, então quase sem oxigénio, com o nosso gás favorito há cerca de 2.5 billion years ago.
É muito provável que os primeiros microrganismos do planeta já tivessem desenvolvido formas de incorporar vestígios de oxigénio na sua bioquímica antes disso; ainda assim, o surgimento do oxigénio molecular, altamente reativo, teria exigido a evolução de um conjunto totalmente novo de estratégias de defesa.
Além disso, em concentrações elevadas, sulfuretos podem bloquear o “maquinário” de respiração dos organismos aeróbios atuais, o que reforça as perguntas sobre como a vida antiga em fontes termais pode ter evoluído para resistir - e também tirar proveito - do aumento do oxigénio.
Com níveis de oxigénio e sulfureto tão diferentes, essas fontes podem ser encaradas como substitutos (proxies) de condições de vida em lados opostos do GOE, dando aos investigadores um terreno ideal para procurar sinais dessa transição decisiva.
O estudo em Yellowstone e o trabalho de Bill Inskeep
A investigação foi liderada pelo geomicrobiologista Bill Inskeep, que estuda microrganismos termófilos de Yellowstone desde 1999.
"It would be very difficult to reproduce this kind of an experiment in the laboratory; imagine trying to create hot-water streams with just the right amounts of oxygen and sulfide," Inskeep says.
"And that's what's so nice about studying these environments. We can make these observations in the exact geochemical conditions that these organisms need to thrive."
Ao analisar os genes das amostras e os produtos gerados por eles, a equipa conseguiu confrontar a diversidade microbiana e a atividade respiratória nas duas fontes.
"The streamer communities are large enough structures to be visible with the naked eye," Inskeep wrote for Nature's Research Communities.
"This physical reality informs us that gas exchange is necessary for optimum growth, which is also further influenced by the rapid oscillation of large filamentous structures that create turbulence and likely increase rates of gas exchange with the atmosphere."
O que os genes indicam sobre respiração com oxigénio
No ambiente com mais oxigénio da Octopus Spring, foi observada maior diversidade de microrganismos dependentes de oxigénio que precisam consumir outros organismos para sobreviver (em vez de produzirem o próprio alimento por reações químicas, como alguns microrganismos por vezes fazem).
De modo geral, a vida na Octopus Spring mostrou-se mais diversa. E praticamente todos os microrganismos dali tinham genes ativos ligados à respiração com oxigénio.
Ainda assim, mesmo na Conch Spring - sulfurosa e sufocante -, que apresentava uma diversidade microbiana muito menor dentro das suas fitas "very snotty", o potencial de uso de oxigénio parece existir de forma latente.
Entre as populações mais comuns, os investigadores encontraram vários tipos de enzimas que “desarmam” o oxigénio ao adicionar hidrogénio, e elas foram produzidas em ambas as fontes. Um ponto crucial: as enzimas com maior afinidade por oxigénio só foram expressas no habitat com altas concentrações de sulfureto.
"These high-affinity oxygenases are active at nanomolar levels of oxygen, and explain the high transcription observed under sulfidic conditions of Conch Spring," Inskeep wrote.
Os resultados indicaram que esses microrganismos termófilos, geneticamente antigos, conseguem respirar em níveis de oxigénio normalmente considerados baixos demais para sustentar esse processo - e em condições que hoje consideraríamos tóxicas demais. E, se eles conseguem, por que não formas de vida que surgiram antes do Grande Evento de Oxidação?
Pode ser que, nos primórdios da Terra, houvesse pouco oxigénio disponível; ainda assim, alguns metabolismos aeróbios iniciais podem ter sobrevivido “no limite”, com oxigénio suficiente apenas para manter-se e transmitir genes que, mais tarde, prosperariam numa atmosfera rica em oxigénio.
Da próxima vez que você puxar o ar fundo, vale lembrar: nem sempre foi tão simples.
O estudo foi publicado na Nature Communications.
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