Micróbios organizam comunidades na biosfera subterrânea da Mina Homestake em Dakota do Sul

Micróbios vêm aparecendo em lugares onde, à primeira vista, a vida não deveria ter qualquer chance.

Muito abaixo da superfície da Terra, longe da luz do Sol e sem acesso fácil a alimento, esses organismos minúsculos não estão apenas sobrevivendo no limite.

Um estudo recente indica que eles constroem comunidades subterrâneas estáveis, em que diferentes grupos assumem funções distintas.

Alguns micróbios mantêm a química essencial da vida em funcionamento. Outros parecem ficar de prontidão para agir quando surgem raros “picos” de nutrientes.

Em conjunto, eles tornam possível a permanência da vida em um dos ambientes mais hostis do planeta.

Um mundo oculto sob os nossos pés

Ainda há muito que a ciência desconhece sobre a biosfera subterrânea - apesar de ela possivelmente abrigar até 20% da população mundial de microrganismos.

Isso acontece, principalmente, por causa do quão difícil é chegar a essas regiões.

Explorar o subsolo profundo exige equipamentos específicos, planeamento cuidadoso e, acima de tudo, acesso a locais que quase ninguém consegue visitar.

Um exemplo desse tipo de ambiente está sob a cidade de Lead, em Dakota do Sul.

Explorando uma mina de ouro abandonada

Antes celebrada como a maior mina de ouro de todo o Hemisfério Ocidental, a desativada Mina Homestake hoje é conhecida como a Instalação de Pesquisa Subterrânea Sanford.

Uma equipa liderada pela geobióloga Magdalena Osburn, da Northwestern University, instalou seis pontos de monitorização em diferentes profundidades ao longo da mina.

Alguns ficavam a cerca de 250 m abaixo do solo. Outros estavam quase a 1.500 m da superfície.

Para isso, os pesquisadores perfuraram a rocha ao redor e recolheram fluidos que circulavam por fraturas naturais. Esses materiais continham água, gases dissolvidos e comunidades microbianas ativas.

Em certos casos, a água permaneceu aprisionada no subsolo por até 10.000 anos.

Comunidades muito diferentes entre os pontos

Os pesquisadores acompanharam a atividade microbiana nos seis locais entre 2015 e 2019.

Trata-se de um dos levantamentos de longo prazo mais detalhados já realizados sobre vida em grandes profundidades - e os resultados surpreenderam a equipa.

“Dentro da mina de ouro, coletámos amostras em seis pontos, variando de 250 metros de profundidade a 1500 metros de profundidade”, disse Osburn.

“Achámos que veríamos alguma variação subtil com a profundidade, mas presumimos que as comunidades microbianas deveriam ser amplamente semelhantes. Não foi isso que encontramos, de forma alguma.”

“Descobrimos que cada local é o seu próprio pequeno microcosmo, e eles se pareciam muito pouco com outros locais - até mesmo com locais próximos.”

“Pensámos que seria como coletar amostras em diferentes pontos da mesma floresta, mas foi mais como coletar amostras em ilhas diferentes no mesmo oceano.”

Comunidades locais bem distintas

A expectativa inicial era encontrar um conjunto comum de micróbios adaptados à vida subterrânea.

Em vez disso, cada ponto abrigava uma comunidade própria, moldada pela química e pela geologia locais.

“Como ambientes muito profundos compartilham condições extremas, incluindo escuridão, isolamento e energia limitada, pensámos que encontraríamos um conjunto comum de micróbios especialmente adaptados”, disse Osburn.

“Mas, na prática, descobrimos que não existe um microbioma central em nenhum lugar desta mina. Não esperávamos isso.”

Uma divisão de trabalho no subsolo

Embora as espécies mudassem de um local para outro, a forma como as comunidades operavam seguia um padrão semelhante.

Em cada ecossistema, a equipa identificou dois grandes grupos de micróbios. Um deles manteve-se estável ao longo do tempo e funcionou como base da comunidade.

Esses organismos reciclaram carbono e conseguiram persistir com recursos extremamente limitados.

O segundo grupo mostrou um comportamento diferente. Esses micróbios reagiam sempre que novas substâncias químicas se tornavam disponíveis.

Eles consumiam compostos como enxofre, azoto e ferro, permitindo que o ecossistema aproveitasse oportunidades raras.

“A comunidade central tem um metabolismo baixo e lento”, disse Osburn. “Depois, há essa outra comunidade de organismos que fica pronta para responder a pulsos de nutrientes quando eles se tornam disponíveis. Terramotos, por exemplo, podem desencadear alterações químicas que libertam uma oferta de nutrientes, mas isso não acontece com frequência.”

O padrão lembra uma força de trabalho em que parte das pessoas mantém os serviços essenciais a funcionar, enquanto outra parte fica a postos para assumir novas tarefas quando as condições mudam.

Micróbios diferentes, as mesmas funções essenciais

Um dos resultados mais intrigantes é que ecossistemas subterrâneos podem não depender de espécies microbianas específicas.

O que parece realmente importar é que determinadas funções-chave sejam cumpridas.

Assim, micróbios distintos conseguem ocupar papéis semelhantes, o que ajuda a manter o ecossistema estável mesmo quando o “elenco” de organismos muda de um lugar para outro.

A ciência chama esses grupos de guildas funcionais - isto é, conjuntos de organismos diferentes que realizam tarefas ecológicas parecidas.

Osburn resumiu a ideia com uma comparação simples.

“Tenho um amigo que diz: ‘Toda cidade precisa de um encanador’”, disse Osburn. “Esses locais refletem essa ideia. Cada um está cheio de tipos diferentes de micróbios, mas todos têm um ‘encanador’.”

Essa flexibilidade pode ajudar a explicar como a vida resiste em ambientes com pouca energia disponível e condições difíceis por períodos muito longos.

Procurando soluções no subsolo

Essas conclusões surgem num momento em que mais setores procuram respostas no subsolo.

Processos subterrâneos como o sequestro de carbono e a energia geotérmica dependem de interações dentro do ambiente abaixo da superfície.

Microrganismos são peças centrais em processos bioquímicos subterrâneos que envolvem carbono, enxofre, azoto e metais. Quando comunidades microbianas são perturbadas, os efeitos podem ser imprevisíveis.

“Se dermos aos micróbios substâncias químicas que eles conseguem metabolizar, eles vão acordar”, disse Osburn.

“Identificámos populações que estão prontas para usar ferro, enxofre e azoto, e elas só estão à espera de uma oportunidade. Se acordarem, podem começar a corroer os nossos metais em infraestruturas e poços.”

“Compreender essas comunidades microbianas poderia ajudar-nos a prever e gerir melhor as consequências biológicas de engenhar o subsolo profundo.”

A busca por vida extraterrestre

O estudo também traz implicações que vão muito além da Terra. Cientistas que procuram vida em Marte e noutros mundos frequentemente dão prioridade a ambientes protegidos das condições severas da superfície.

Entender como a vida se mantém ativa em grandes profundidades no nosso planeta pode ajudar a indicar onde formas semelhantes poderiam existir noutros pontos do sistema solar.

Por enquanto, a antiga mina de ouro em Dakota do Sul oferece um vislumbre raro de uma biosfera escondida, que opera em silêncio há milhares de anos.

Quanto mais fundo os cientistas investigam, mais percebem que, mesmo nos lugares mais isolados da Terra, a vida encontra meios de se organizar.

O estudo completo foi publicado na Revista de Pesquisa Geofísica: Biogeociências.