Vida microbiana na Bacia Inferior de Gêiseres de Yellowstone e a evolução do uso de oxigênio

A vida microbiana na Bacia Inferior de Gêiseres de Yellowstone pode guardar pistas sobre como os seres vivos passaram a explorar o oxigênio, segundo uma análise recente feita por pesquisadores da Universidade Estadual de Montana.

Vida microbiana na Bacia Inferior de Gêiseres de Yellowstone

Em Octopus Spring e Conch Spring, os habitantes microscópicos vivem em estruturas gelatinosas, semelhantes a algas marinhas, formando “fitas” que se agitam intensamente em correntes superaquecidas por volta de 88 graus Celsius (190 graus Fahrenheit). Genética e evolutivamente aparentados a bactérias e arqueias antigas, esses organismos oferecem um vislumbre do cenário primordial do qual a vida emergiu.

Apesar de essas comunidades microbianas terem muitos traços em comum, os ambientes das duas fontes diferem em alguns pontos essenciais.

Química contrastante: oxigênio dissolvido e sulfeto

Em Octopus Spring, a quantidade de oxigênio dissolvido é muito maior (cerca de 20 micromolar) do que na vizinha Conch Spring, que, com menos de 1 micromolar de oxigênio dissolvido, praticamente não tem esse gás disponível.

Já Conch Spring concentra muito mais sulfeto dissolvido - altamente tóxico - (mais de 120 micromolar) do que Octopus Spring (menos de 2-3 micromolar).

Essas diferenças químicas fazem com que a comparação entre as comunidades de cada fonte ajude a entender como a vida persistiu antes - e ao longo - do Grande Evento de Oxidação (GOE), que encheu a atmosfera terrestre, então quase sem oxigênio, com nosso gás favorito há cerca de 2.5 bilhões de anos.

O que isso sugere sobre o Grande Evento de Oxidação (GOE)

É provável que os primeiros micróbios da Terra tenham encontrado maneiras de incorporar vestígios de oxigênio à sua bioquímica antes do GOE; ainda assim, a chegada de oxigênio molecular altamente reativo teria exigido a evolução de um conjunto totalmente novo de estratégias de defesa.

Além disso, em concentrações elevadas, os sulfetos podem bloquear o maquinário respiratório de organismos aeróbios atuais. Isso amplia as dúvidas sobre como a vida antiga em fontes termais pode ter evoluído tanto para enfrentar quanto para aproveitar o aumento do oxigênio.

Por terem níveis extremamente distintos de oxigênio e sulfeto, as duas fontes podem funcionar como aproximações de condições de vida em lados opostos do GOE, oferecendo aos pesquisadores um “terreno” ideal para buscar sinais dessa transição crucial.

Como o estudo comparou Octopus Spring e Conch Spring

O trabalho foi liderado pelo geomicrobiologista Bill Inskeep, que estuda microrganismos amantes do calor em Yellowstone desde 1999.

“Seria muito difícil reproduzir esse tipo de experimento no laboratório; imagine tentar criar córregos de água quente com as quantidades exatas de oxigênio e sulfeto”, diz Inskeep.

“E é isso que torna tão bom estudar esses ambientes. Podemos fazer essas observações nas condições geoquímicas exatas de que esses organismos precisam para prosperar.”

Ao examinar os genes das amostras microbianas e os produtos derivados deles, a equipe conseguiu comparar a diversidade microbiana e a atividade respiratória nas duas fontes.

“As comunidades em forma de fitas são estruturas grandes o bastante para serem visíveis a olho nu”, escreveu Inskeep para as Comunidades de Pesquisa da Nature.

“Essa realidade física nos indica que a troca de gases é necessária para um crescimento ideal, o que também é influenciado pela oscilação rápida de grandes estruturas filamentosas que geram turbulência e provavelmente aumentam as taxas de troca gasosa com a atmosfera.”

O que os genes revelaram sobre respiração por oxigênio

No ambiente com mais oxigênio de Octopus Spring, apareceu uma diversidade maior de micróbios dependentes de oxigênio que precisam se alimentar de outros organismos para sobreviver (em vez de produzir o próprio alimento por reações químicas, como alguns micróbios fazem).

Na prática, a vida em Octopus Spring era mais diversa de modo geral. E quase todos os microrganismos dali apresentavam genes ativos ligados à respiração por oxigênio.

Ainda assim, mesmo na Conch Spring - sulfidídrica e sufocante -, cuja diversidade microbiana é bem menor dentro de suas fitas “muito melequentas”, o potencial de usar oxigênio parece permanecer em estado latente.

Entre as populações mais comuns, os pesquisadores encontraram várias enzimas que neutralizam o oxigênio ao adicionar hidrogênio, e elas eram produzidas nas duas fontes. De forma importante, as enzimas com maior afinidade por oxigênio só foram expressas no habitat com altas concentrações de sulfeto.

“Essas oxigenases de alta afinidade são ativas em níveis nanomolares de oxigênio e explicam a alta transcrição observada em condições sulfidídrica da Conch Spring”, escreveu Inskeep.

Os resultados indicaram que esses micróbios termófilos, geneticamente antigos, conseguem respirar em níveis de oxigênio que normalmente seriam considerados baixos demais para sustentar esse processo - e em condições que hoje tenderíamos a classificar como tóxicas demais. E, se eles conseguem, por que não formas de vida que surgiram antes do Grande Evento de Oxidação?

Nos primórdios da Terra, talvez houvesse pouco oxigênio disponível, mas alguns metabolismos aeróbios iniciais podem ter sobrevivido com o mínimo necessário para transmitir genes que, no futuro, prosperariam em uma atmosfera rica em oxigênio.

Então, na próxima vez que você puxar um fôlego bem fundo, lembre-se de que nem sempre foi tão simples.

O estudo foi publicado em Nature Communications.