(borchee / iStock)
O arsênico é um veneno mortal para a maioria das coisas vivas, mas novas pesquisas mostram que microorganismos estão respirando arsênico em uma grande área do Oceano Pacífico. Uma equipe da Universidade de Washington descobriu que uma antiga estratégia de sobrevivência ainda está sendo usada em partes de baixo oxigênio do ambiente marinho.
"Pensar no arsênico não apenas como um vilão, mas também como benéfico, reformulou a maneira como vejo o elemento", disse a primeira autora, Jaclyn Saunders , que fez a pesquisa para sua tese de doutorado na UW e agora é pós-doutoranda. no Instituto Oceanográfico Woods Hole e no Massachusetts Institute of Technology.
O estudo foi publicado esta semana no Proceedings of National Academy of Sciences .
Jaclyn Saunders (na extrema direita) fixa a linha em um instrumento McLane que bombeia grandes volumes de água do mar para extrair o DNA. O instrumento à esquerda mede propriedades como temperatura, salinidade e profundidade e coleta amostras menores da água do mar. Instituição Oceanográfica Noelle Held / Woods Hole
"Nós sabemos há muito tempo que há níveis muito baixos de arsênico no oceano", disse a co-autora Gabrielle Rocap , professora de oceanografia da UW. "Mas a ideia de que os organismos poderiam estar usando o arsênico para ganhar a vida - é um novo metabolismo para o oceano aberto".
Os pesquisadores analisaram amostras de água do mar de uma região abaixo da superfície, onde o oxigênio está quase ausente, forçando a vida a buscar outras estratégias. Essas regiões podem se expandir sob a mudança climática.
"Em algumas partes do oceano há um sanduíche de água onde não há oxigênio mensurável", disse Rocap. “Os micróbios dessas regiões precisam usar outros elementos que atuam como um receptor de elétrons para extrair energia dos alimentos.”
As alternativas mais comuns ao oxigênio são nitrogênio ou enxofre. Mas as primeiras investigações de Saunders sugerem que o arsênico também pode funcionar, estimulando-a a procurar as evidências.
A equipe analisou amostras coletadas durante um cruzeiro de pesquisa em 2012 para o Pacífico tropical, na costa do México. Análises genéticas sobre o DNA extraído da água do mar encontraram duas vias genéticas conhecidas por converter moléculas à base de arsênico como forma de ganhar energia. O material genético visava duas formas diferentes de arsênico, e os autores acreditam que os caminhos ocorrem em dois organismos que fazem o ciclo do arsênico de um lado para o outro entre diferentes formas.
Os resultados sugerem que micróbios com respiração de arsênico compõem menos de 1% da população de micróbios nessas águas. Os micróbios descobertos na água são provavelmente relacionados aos micróbios que respiram arsênico encontrados em fontes termais ou locais contaminados em terra.
"O que eu acho que é a coisa mais legal sobre esses micróbios com respiração de arsênico existentes hoje no oceano é que eles estão expressando os genes para isso em um ambiente que é bastante baixo em arsênico", disse Saunders. "Isso abre as fronteiras para onde poderíamos procurar por organismos que estão respirando arsênico, em outros ambientes pobres em arsênico."
Um átomo arsênico roxo rodeado por quatro átomos de oxigênio é o arsenato (à esquerda). Um átomo de arsênico cercado por três átomos de oxigênio é o arsenito (à direita). O estudo encontrou evidências de organismos marinhos que podem converter um para o outro para obter energia em ambientes com deficiência de oxigênio. Wikimedia
Biólogos acreditam que a estratégia é um resquício do início da história da Terra. Durante o período em que a vida surgiu na Terra, o oxigênio era escasso tanto no ar quanto no oceano. O oxigênio tornou-se abundante na atmosfera da Terra somente depois que a fotossíntese se tornou difundida e converteu gás de dióxido de carbono em oxigênio.
As primeiras formas de vida tinham que ganhar energia usando outros elementos, como o arsênico, que provavelmente era mais comum nos oceanos da época.
"Encontramos as assinaturas genéticas de caminhos que ainda estão lá, remanescentes do oceano passado que foram mantidos até hoje", disse Saunders.
O lago Mono, na Califórnia, é naturalmente rico em arsênico e é conhecido por abrigar micróbios que sobrevivem respirando arsênico. Os organismos que vivem no ambiente marinho são provavelmente relacionados aos que estão em terra. Pixabay
Populações que respiram arsênico podem crescer novamente sob a mudança climática. As regiões de baixo oxigênio são projetadas para expandir, e prevê-se que o oxigênio dissolvido caia em todo o ambiente marinho.
"Para mim, isso só mostra o quanto ainda está lá fora no oceano que não sabemos", disse Rocap.
Saunders recentemente coletou mais amostras de água da mesma região e agora está tentando cultivar os micróbios marinhos que respiram arsênico em um laboratório para estudá-los mais de perto.
"Neste momento, temos pedaços de seus genomas, apenas o suficiente para dizer que sim, eles estão fazendo essa transformação de arsênico", disse Rocap. "O próximo passo seria montar um genoma inteiro e descobrir o que mais eles podem fazer e como esse organismo se encaixa no meio ambiente."
A co-autora Clara Fuchsman coletou as amostras e liderou o esforço de sequenciamento de DNA como cientista de pesquisa de pós-doutorado da UW e agora ocupa um cargo de professor na Universidade de Maryland. O outro co-autor é Cedar McKay , pesquisador da UW School of Oceanography. O estudo foi financiado por uma bolsa de pós-graduação da NASA e uma bolsa de pesquisa da National Science Foundation.
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