Esse micróbio estranho pode marcar um dos grandes saltos da vida

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Um micróbio com tentáculos bizarro descoberto no fundo do Oceano Pacífico pode ajudar a explicar as origens da vida complexa neste planeta e resolver um dos mistérios mais profundos da biologia, relataram cientistas na quarta-feira.

Dois bilhões de anos atrás, células simples deram origem a células muito mais complexas. Os biólogos lutam há décadas para aprender como isso aconteceu.

Os cientistas sabem há muito tempo que deve ter havido antecessores ao longo do caminho evolutivo. Mas, a julgar pelo registro fóssil, células complexas simplesmente apareceram do nada.

A nova espécie, chamada Prometheoarchaeum, acaba sendo apenas uma forma transitória, ajudando a explicar as origens de todos os animais, plantas, fungos – e, é claro, humanos. A pesquisa foi relatada na revista Nature.

“É realmente muito legal – vai ter um grande impacto na ciência”, disse Christa Schleper, microbiologista da Universidade de Viena que não participou do novo estudo.

Nossas células estão cheias de recipientes. Eles armazenam DNA em um núcleo, por exemplo, e geram combustível em compartimentos chamados mitocôndrias. Eles destroem proteínas antigas dentro de pequenas máquinas domésticas chamadas lisossomos.

Nossas células também constroem um esqueleto de filamentos, construídos a partir de blocos de construção semelhantes a Lego. Ao estender alguns filamentos e separar outros, as células podem mudar de forma e até se mover sobre superfícies.

As espécies que compartilham essas células complexas são conhecidas como eucariotos, e todas descendem de um ancestral comum que viveu cerca de dois bilhões de anos atrás.

Antes disso, o mundo era o lar apenas de bactérias e de um grupo de pequenos e simples organismos chamados archaea. Bactérias e arquéias não possuem núcleos, lisossomos, mitocôndrias ou esqueletos.

Os biólogos evolucionistas há muito confundem sobre como os eucariotos poderiam ter evoluído a partir de precursores tão simples.

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No final de 1900, os pesquisadores descobriram que as mitocôndrias eram bactérias de vida livre em algum momento no passado. De alguma forma, eles foram atraídos para dentro de outra célula, fornecendo novo combustível para o hospedeiro.

Em 2015, Thijs Ettema, da Universidade de Uppsala, na Suécia, e seus colegas descobriram fragmentos de DNA em sedimentos recuperados do Oceano Ártico. Os fragmentos continham genes de uma espécie de arquéia que parecia estar intimamente relacionada aos eucariotos.

Ettema e seus colegas os nomearam Asgard archaea. (Asgard é o lar dos deuses nórdicos.) O DNA desses micróbios misteriosos apareceu em um rio na Carolina do Norte, fontes termais na Nova Zelândia e em outros lugares ao redor do mundo.

Asgard archaea dependem de um número de genes que antes eram encontrados apenas em eucariotos. Era possível que esses micróbios usassem esses genes para os mesmos fins – ou para outra coisa.

“Até que você tenha um organismo, você não pode realmente ter certeza”, disse o Dr. Schleper.

Masaru K. Nobu, microbiologista do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia Industrial Avançada em Tsukuba, Japão, e seus colegas conseguiram cultivar esses organismos em um laboratório. O esforço levou mais de uma década.

Os micróbios, que são adaptados à vida no fundo do mar frio, têm uma existência em câmera lenta. O prometheoarchaeum pode levar até 25 dias para ser dividido. Por outro lado, E. coli se divide uma vez a cada 20 minutos.

O projeto começou em 2006, quando os pesquisadores retiraram sedimentos do fundo do Oceano Pacífico. Inicialmente, eles esperavam isolar micróbios que consomem metano, que podem ser usados ​​para limpar o esgoto.

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No laboratório, os pesquisadores imitaram as condições no fundo do mar, colocando o sedimento em uma câmara sem oxigênio. Eles bombearam metano e extraíram gases residuais mortais que poderiam matar os micróbios residentes.

A lama continha muitos tipos de micróbios. Mas em 2015, os pesquisadores isolaram uma nova e intrigante espécie de arquéia. E quando Ettema e colegas anunciaram a descoberta do DNA de Asgard archaea, os pesquisadores japoneses ficaram chocados. Seu novo micróbio vivo pertencia a esse grupo.

Os pesquisadores então realizaram mais pesquisas minuciosas para entender as novas espécies e vinculá-las à evolução dos eucariotos.

Os pesquisadores batizaram o micróbio de Prometheoarchaeum syntrophicum, em homenagem a Prometeu, o deus grego que deu fogo aos humanos – depois de moldá-los a partir de argila.

“Os doze anos de microbiologia necessários para chegar ao ponto em que você pode ver no microscópio são simplesmente incríveis”, disse James McInerney, biólogo evolucionário da Universidade de Nottingham, que não participou da pesquisa.

Sob o microscópio, Prometheoarchaeum provou ser uma besta estranha. O micróbio começa como uma esfera minúscula, mas ao longo de meses brota longos tentáculos que se ramificam e libera uma flotilha de bolhas cobertas por membranas.

Foi ainda mais estranho quando os pesquisadores examinaram o interior da célula. Schleper e outros pesquisadores esperavam que Asgard archaea usasse suas proteínas semelhantes aos eucariotos para construir algumas estruturas semelhantes a eucariotos dentro de suas células. Mas não foi isso que a equipe japonesa encontrou.

“Por dentro, não há estrutura, apenas DNA e proteínas”, disse Nobu.

Essa descoberta sugere que as proteínas que os eucariotos usavam para construir células complexas começaram a fazer outras coisas e só mais tarde receberam novos empregos.

Nobu e seus colegas agora estão tentando descobrir quais eram esses trabalhos originais. É possível, ele disse, que o Prometheoarchaeum crie seus tentáculos com genes usados ​​posteriormente pelos eucariotos para construir esqueletos celulares.

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Dr. Schleper queria ver mais evidências para essa idéia. “Existem armas muito boas em outras arquéias”, observou ela. Mas essas outras espécies não estão usando proteínas tão semelhantes às nossas.

Antes da descoberta do Prometheoarchaeum, alguns pesquisadores suspeitavam que os ancestrais dos eucariotos viviam como predadores, engolindo micróbios menores. Eles podem ter engolido as primeiras mitocôndrias dessa maneira.

Mas Prometheoarchaeum não se encaixa nessa descrição. A equipe de Nobu frequentemente encontrou o micróbio preso aos lados de bactérias ou outras arquéias.

Em vez de caçar presas, o Prometheoarchaeum parece ganhar a vida absorvendo fragmentos de proteínas flutuando. Seus parceiros se alimentam de seus resíduos. Eles, por sua vez, fornecem ao Prometheoarchaeum vitaminas e outros compostos essenciais.

Nobu especulou que uma espécie de Asgard archaea no fundo do mar arrastou bactérias para uma teia de tentáculos, atraindo-os para uma associação ainda mais íntima. Por fim, engoliu as bactérias, que evoluíram para as mitocôndrias, abastecendo todas as células complexas.

McInerney estava cético quanto ao fato de o Prometheoarchaeum poder fornecer uma imagem clara de como nossos ancestrais capturaram mitocôndrias há dois bilhões de anos. “Este é um organismo vivo hoje em 2020”, disse ele.

Enquanto a equipe do Dr. Nobu continua estudando o Prometheoarchaeum, eles também estão caçando seus parentes na lama do fundo do mar. Esses micróbios podem se mostrar ainda mais próximos de nossa própria linhagem – e podem oferecer pistas ainda mais inesperadas.

“Esperamos que isso nos ajude a entender melhor a nós mesmos”, disse Nobu.

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