Molibdênio e tungstênio: micróbios antigos já usavam metais escassos no Arqueano, antes do Evento da Grande Oxidação

Grande parte do que se imagina sobre a vida primitiva parte de uma ideia prática: as células constroem com o que existe ao redor. Se um nutriente era raro na Terra antiga, a aposta mais lógica é que a biologia simplesmente esperou até ele deixar de ser escasso.

Um estudo novo enfraquece bastante essa premissa. Micróbios antigos já executavam reações químicas que dependiam de um metal disponível em quantidades praticamente inexistentes.

E isso vinha acontecendo por centenas de milhões de anos antes de esse metal se tornar abundante.

Um hábito químico muito antigo

O molibdênio é um metal-traço - um daqueles elementos químicos “menores” de que as células precisam em pequenas doses, mas sem os quais não sobrevivem.

Nos organismos modernos, ele entra na composição de dezenas de enzimas, proteínas que aceleram as reações químicas essenciais para manter as células vivas.

Várias dessas reações são decisivas para a fixação de nitrogênio, o único caminho natural capaz de converter o gás nitrogênio em uma forma utilizável por plantas e microrganismos.

O trabalho foi liderado por Aya Klos, doutoranda em bacteriologia na University of Wisconsin–Madison (UW–Madison).

A equipe buscou responder quando a vida começou, pela primeira vez, a usar molibdênio.

O palpite esperado era: isso teria ocorrido mais tarde, depois que o oxigênio passou a preencher a atmosfera e o intemperismo liberou o metal para os oceanos. Mas não foi isso que os dados mostraram.

O enigma de um metal escasso

Há muito tempo, geoquímicos sabem que os oceanos iniciais eram pobres em molibdênio. Antes de o oxigênio se acumular na atmosfera, o Mo dissolvido na água do mar ficava abaixo de 5 nanomoles por litro - cerca de 20 vezes menos do que há nos oceanos atuais.

A virada para uma atmosfera oxigenada, por volta de 2,45 bilhões de anos atrás, recebe o nome de Evento da Grande Oxidação - um processo já revisado em detalhe no registro geoquímico.

“De certa forma, o que é contraintuitivo é que, de acordo com o registro geoquímico, a abundância de molibdênio na Terra primitiva parece ter sido muito mais baixa bilhões de anos atrás, particularmente antes do advento da fotossíntese oxigênica”, disse Klos.

Assim, restavam duas possibilidades: ou a vida esperou até o metal se tornar comum, ou aprendeu a funcionar com quase nada.

Lendo o registro dos genes

Para investigar, o grupo recorreu à filogenômica: o rastreamento de sequências de genes em organismos modernos para reconstruir árvores de parentesco e, em seguida, estimar quando cada ramo se separou usando taxas conhecidas de mudança genética.

Com isso, os pesquisadores conseguem atribuir uma data aproximada para quando cada proteína surgiu pela primeira vez.

A triagem incluiu mais de 1.600 genomas - de bactérias, arqueias e eucariotos - além de mais de 100 grupos de proteínas ligados a transportar, incorporar e ativar o molibdênio.

Os sinais genéticos mais antigos apareceram entre 3,7 e 3,1 bilhões de anos atrás, no éon Arqueano. Ou seja: cerca de 1 bilhão de anos antes de o oxigênio atmosférico remodelar o planeta.

Entre os achados mais antigos estava uma subunidade da enzima associada à metanogênese, metabolismo que ainda hoje é responsável pela maior parte do metano natural da Terra.

Os sinais de enzimas ligadas à fixação de nitrogênio surgiram na mesma faixa temporal, em linha com evidências de que esse processo já operava há 3,2 bilhões de anos.

O tungstênio entra na história

O molibdênio não era o único. A equipe também acompanhou o tungstênio, um metal mais pesado, de química semelhante, que às vezes consegue ocupar o mesmo “encaixe” dentro de uma enzima.

Atualmente, enzimas que usam tungstênio são encontradas principalmente em micróbios de ambientes extremos - fontes hidrotermais no fundo do mar, águas termais, lugares que lembram condições de partes da Terra antiga.

As estimativas também colocaram o tungstênio dentro da mesma janela do Arqueano. Naquele período, os dois metais já estavam em uso biológico ativo, e o maquinário de transporte de cada um evoluiu de forma independente - o que sugere que as células “buscavam” cada metal para funções específicas.

Isso contraria a visão mais antiga de que a vida teria usado tungstênio primeiro e só depois migrado para o molibdênio quando o oxigênio tornou este último abundante. Em vez disso, os dois operavam lado a lado bilhões de anos antes.

Um truque tardio de armazenamento

Um resultado chamou atenção por ser surpreendentemente recente. Proteínas de armazenamento de molibdênio - o conjunto de mecanismos celulares que permite guardar metal “sobrando” para uso posterior - só aparecem por volta de 2,2 a 1,1 bilhões de anos atrás.

Isso ocorreu muito depois de o restante do “kit” do molibdênio já estar funcionando.

Uma explicação possível é que só passou a valer a pena estocar quando o oxigênio chegou e mais organismos começaram a disputar a mesma oferta.

Células capazes de “esconder” molibdênio podem ter obtido vantagem - mas essa pressão provavelmente não existia até a vida ficar numerosa o suficiente para senti-la.

Pistas para outros planetas

Betül Kaçar, professora de bacteriologia na UW–Madison e autora sênior do estudo, entende que as implicações vão bem além da Terra.

A astrobiologia - a busca por vida fora daqui - frequentemente se apoia em suposições sobre quais elementos um planeta habitado deveria ter. Muitos modelos esperam que a vida inicial se incline para aquilo que é mais abundante.

Um artigo anterior havia defendido, por razões químicas, que os metais trans-ferro provavelmente eram necessários na origem da vida. As novas datações colocam marcas de tempo numéricas nessa ideia.

“Este estudo mostra que só porque um elemento é escasso no ambiente não significa que a vida não encontrará um jeito de usá-lo e até construir um império com ele”, disse Kaçar.

O que agora sabemos

Antes deste estudo, ninguém havia atribuído datas moleculares para quando a biologia passou a usar molibdênio e tungstênio. Agora essas datas existem - mais de 1 bilhão de anos antes do que a disponibilidade desses metais faria parecer plausível.

As enzimas que sustentam os ciclos do nitrogênio, do enxofre e do carbono na Terra carregam uma assinatura química que alcança o Arqueano.

A suposição antiga de que a química do molibdênio precisaria esperar o Evento da Grande Oxidação não se sustenta mais.

Geoquímicos talvez tenham de reavaliar o quanto realmente estava acessível às células primitivas - possivelmente a partir de fontes hidrotermais.

Além disso, a busca por vida em outros planetas pode deixar de descartar mundos onde metais familiares parecem raros. Ao que tudo indica, a vida não espera pela abundância.