À primeira vista, os estromatólitos e seus parentes próximos, os tapetes microbianos, podem parecer pouco mais do que rochas antigas e escuras. Na verdade, são comunidades densamente compactadas e em camadas formadas por micróbios.
Há bilhões de anos, antes da existência de animais e plantas, os estromatólitos ajudaram a liberar parte do primeiro oxigênio na atmosfera da Terra. Agora, um estudo publicado biologia atual Há sugestões de que estas estruturas incomuns também podem preservar pistas para outro grande evento na história da Terra: o surgimento de vida complexa.
O professor associado Brendan Burns, microbiologista evolucionista da UNSW Sydney, faz parte da equipe de pesquisa que descobriu um micróbio até então desconhecido vivendo em estreita associação com outro organismo dentro desses “fósseis vivos”. O projeto, co-liderado por investigadores da Universidade de Tecnologia de Sydney e da Universidade de Melbourne, poderá ajudar os cientistas a compreender melhor um mistério evolutivo fundamental: como células relativamente simples começaram a cooperar e, eventualmente, a dar origem a formas de vida muito mais complexas.
“Os estromatólitos não são apenas um berço de vida, onde a vida microbiana floresceu”, diz A/Prof. Queimaduras.
“Eles também podem nos contar como a vida se tornou complexa em primeiro lugar.”
Uma parceria microbiana com raízes antigas
Os estromatólitos e os tapetes microbianos apareceram pela primeira vez há bilhões de anos, mas não desapareceram. Eles ainda permanecem hoje em Shark Bay, um sítio listado como Patrimônio Mundial na Austrália Ocidental.
Das amostras ali coletadas, A/Prof. Descobri. Burns e os seus colegas isolaram um membro do Asgard Archaea, um grupo incomum de microrganismos que se pensa estar intimamente relacionado com os ancestrais dos eucariotas, as células que constituem todas as plantas e animais, incluindo os humanos.
Uma ideia de longa data na biologia propõe que as primeiras células eucarióticas evoluíram através de uma estreita parceria entre um antigo arqueão e uma bactéria. De acordo com esta teoria, um organismo eventualmente engolfou outro, e essa relação levou à formação de mitocôndrias, que são estruturas produtoras de energia encontradas dentro de células complexas.
No entanto, os cientistas não têm provas diretas que demonstrem como poderiam realmente ter sido essas parcerias iniciais. Uma nova pesquisa fornece a primeira evidência visual de um Asgard arcaico interagindo fisicamente com uma bactéria através de conexões extremamente finas, semelhantes a tubos, chamadas nanotubos.
“Este poderia ser um pequeno modelo de como esses tipos de parcerias começaram e, finalmente, levaram à formação de eucariotos”, diz A/Prof. Queimaduras.
Anos gastos tentando desenvolver um micróbio esquivo
O sequenciamento genético mostrou que o DNA dos organismos estava presente nas amostras, mas cultivar os micróbios em laboratório para que os pesquisadores pudessem estudá-los diretamente revelou-se muito mais difícil.
“Demorou quatro ou cinco anos no laboratório”, A/Prof. diz Burns. “Demorou muito para se adaptar e perseguir diferentes sombras.”
Cultivar Asgard Archaea longe de seus habitats naturais é extremamente desafiador. Os pesquisadores não conseguiram cultivar os organismos sozinhos, e A/Prof. Burns diz que a própria dificuldade pode revelar algo importante sobre a sua biologia.
Ele diz: “A verdade é que nunca fomos capazes de introduzir esses organismos na cultura pura, porque eles sempre dependeram de outros organismos para sobreviver”.
Os pesquisadores finalmente fizeram progressos usando a criotomografia eletrônica, um método de imagem 3D de alta resolução capaz de revelar estruturas em uma escala de um milionésimo de milímetro.
As imagens mostram archaea e bactérias fisicamente conectadas por nanotubos bacterianos. Os pesquisadores também observaram arqueões produzindo cadeias de vesículas elevadas com elaboradas estruturas semelhantes a tubos. Os dois micróbios parecem complementar-se quimicamente, cada um produzindo compostos que incluem vitaminas, nutrientes e hidrogénio que o outro pode utilizar.
A co-autora Professora Associada Debnath Ghoshal, da Universidade de Melbourne, diz que é particularmente importante capturar interações diretas entre a arqueologia de Asgard e as bactérias.
“Esta descoberta aproxima-nos alguns passos da compreensão de como as células complexas evoluíram a partir de formas de vida microbianas relativamente simples”, diz A/Professor Ghoshal.
Maquinaria celular antiga aparece à vista
De acordo com a professora associada Kate Michie, coautora da UNSW, a equipe também incorporou o aprendizado profundo, um tipo de aprendizado de máquina, em sua análise.
“Usamos isso para prever as estruturas das proteínas nesses micróbios”, A/Prof. Mitchie diz.
“E é emocionante porque podemos começar a ver versões antigas da maquinaria celular que mais tarde se tornou central para a vida complexa”.
A/Prof. Burns descreve Archaea como ‘companheiras’. A vida dentro de tapetes microbianos pode ser resistente, e a estreita cooperação entre organismos pode proporcionar benefícios significativos de sobrevivência, mesmo em escala microscópica.
Uma janela viva para a Terra primitiva
O co-autor, Professor Associado Ian Duggin, da Universidade de Tecnologia de Sydney, diz que é notável considerar que os micróbios teriam mantido tais parcerias em tais ambientes durante milhões de anos, contribuindo em última análise para o surgimento de vida complexa, incluindo os humanos.
“É como se emergíssemos lentamente do fundo do oceano”, disse A/Prof. Duggin diz.
A arqueologia recentemente identificada foi nomeada Nearcheum Marumarumye. Seu nome combina uma referência ao antigo deus grego do mar, Nereu, com a palavra Malagana. marumarumayaeO que significa ‘casa antiga’.
Malagana é uma das línguas tradicionais faladas pela população de Central Shark Bay, cuja ligação ao país é identificada pelo título nativo. Os anciãos, guardas florestais e membros da comunidade de Malagana continuam a cuidar do país em Shark Bay, protegendo a vida selvagem e restaurando a terra.
Shark Bay também tem uma longa história indígena. Os povos indígenas se estabeleceram pela primeira vez na área há cerca de 30.000 anos.
Honrando a herança de Málagana em Shark Bay
O processo de nomeação do micróbio incluiu a consulta com Kimberly Oakley, a maior especialista mundial em língua malaga. Os pesquisadores também trabalharam com os mais velhos de Malagana para identificar uma linguagem que pudesse ser usada com respeito no nome científico da criatura. Os mais velhos permitiram a inclusão da língua malagana para que a cultura pudesse ser reconhecida e celebrada.
Para os investigadores, as comunidades microbianas de Shark Bay proporcionam uma oportunidade invulgar para estudar condições que podem assemelhar-se a partes da Terra primitiva. Para os proprietários tradicionais, esse mesmo ambiente faz parte de um património cultural vivo que continua a ser protegido e cuidado.
A/Prof. Burns espera agora identificar parcerias microbianas adicionais e expandir a “pequena sopa primordial de Asgard”, dando aos cientistas mais peças do puzzle que envolve as fases iniciais da evolução da vida complexa.
“Mas não se trata apenas de organismos”, diz ele. “Também se trata de pessoas. Um enorme esforço colaborativo entre disciplinas, com muitos estudantes de pós-graduação desempenhando um papel fundamental na criação desta história.
“O que torna isto emocionante é que não se trata apenas da descoberta, mas da ligação. Não apenas ao longo de muitos anos, mas numa altura em que estes ecossistemas frágeis enfrentam ameaças crescentes das alterações climáticas e da atividade humana.”
As descobertas também destacam o quão profundamente a sobrevivência pode depender da cooperação entre organismos, algo que A/Prof. Burns diz que é igualmente relevante hoje.
“Esses micróbios nos lembram que mesmo os menores parceiros podem deixar as marcas mais profundas na nossa história”.
