Quando os cientistas fizeram análises de DNA em um núcleo de sedimentos retirado do fundo do Oceano Ártico em 2010, encontraram algo surpreendente. Um organismo anteriormente desconhecido pertencente ao estranho domínio dos micróbios chamado Archaea parecia ter características genômicas associadas a um domínio totalmente diferente - Eucariotos.
Eles nomearam sua descoberta Lokiarchaeota, depois da represa hidrotermal do Castelo de Loki, perto da Groenlândia, onde foi encontrada; mas a dúvida obscureceu a descoberta. A amostra poderia ter sido contaminada por alguma outra coisa no núcleo?
Agora, graças ao trabalho de cientistas japoneses, essas dúvidas podem ser postas de lado. Pela primeira vez, eles isolaram a Lokiarchaeota e a cultivaram em laboratório.
Isso significa que, pela primeira vez, os pesquisadores podem estudar e interagir de perto com a Lokiarchaeota viva, o que poderia nos ajudar a encontrar nossos primeiros ancestrais neste incrível planeta azul. Sua pesquisa foi publicada no bioRxiv de pré-impressão e aguarda revisão por pares.
A árvore da vida, em sua base, é dividida em três domínios. Uma delas é ocupada por bactérias - micróbios unicelulares que não têm um núcleo ou organelas ligadas à membrana, e se movimentam acenando estruturas semelhantes a pêlos chamadas flagelos. Outra é eucariontes, organismos cujas células têm núcleos e membranas. Esse domínio inclui seres humanos, animais, plantas e algas.
E então há archaea. Estas são muito parecidas com bactérias, na medida em que faltam núcleos e organelas ligadas a membranas, e circulam usando flagelos. Mas existem algumas diferenças importantes. Eles se dividem de maneira diferente. Suas paredes celulares são feitas de material ligeiramente diferente. E o RNA deles é diferente o suficiente para separá-los na árvore filogenética.
Mas então veio Lokiarchaeota - seguido por outros espécimes archaea que tinham características eucarióticas. Estes foram chamados Thorarchaeota, Odinarchaeota e Heimdallarchaeota (para seguir a mesma convenção de nomenclatura).
Coletivamente, eles são chamados Asgard archaea , e alguns cientistas acham que podem ser a origem da vida eucariótica - talvez depois que um arqueólogo semelhante a Asgard engoliu uma bactéria.
Mas é difícil dizer sem estudar os organismos em detalhes isolados. É aqui que entram os cientistas japoneses. Eles recuperaram um núcleo de sedimentos do fundo do mar em Nankai Trough, a 2.533 metros (8.310 pés) abaixo do nível do mar, em 2006.
Isso foi antes que alguém soubesse sobre Asgard archaea. Só mais tarde, uma análise de RNA de sua amostra rica revelou a presença de um organismo semelhante ao Lokiarchaeota.
Quando a equipe começou seu trabalho, eles ainda não sabiam disso. Cultivaram cuidadosamente suas amostras por cinco anos, em um sistema de biorreator de fluxo contínuo alimentado com metano, projetado para imitar as condições de um duto de metano em águas profundas. Muito lentamente, os micróbios se multiplicaram.
O próximo passo foi colocar amostras do biorreator em tubos de vidro com nutrientes para mantê-los alimentados e crescendo. Lá eles se sentaram por mais um ano, finalmente começando a desenvolver uma população muito fraca de Lokiarchaeota.
Então, a equipe investiu ainda mais tempo em isolar, cultivar e cultivar essa população de divisão lenta. Populações bacteirais comuns geralmente levam cerca de meia hora para dobrar. Lokiarchaeota levou 20 dias.
"Subculturas repetidas gradualmente enriqueceram o archaeon com taxa de crescimento extremamente lenta e baixo rendimento celular", escreveram os pesquisadores em seu artigo.
"A cultura consistentemente teve 30-60 dias de fase lag e exigiu mais de 3 meses para atingir o crescimento total [..] Variação de temperaturas de cultivo e combinações de substrato e concentrações não melhoraram significativamente a fase de atraso, taxa de crescimento ou rendimento celular."
Ao todo, o experimento levou 12 anos. Os pesquisadores deram o nome de seu micróbio cultivado Prometheoarchaeum syntrophicum - depois de Prometheus, o antigo mitológico grego Titã, que teve a reputação de criar humanos a partir do barro .
Eles fizeram várias descobertas curiosas. A primeira é que o prometheoarchaeum só cresceria na presença de um ou dois outros micróbios, o archaeon Methanogenium e a bactéria Halodesulfovibrio . Quando Prometheoarchaeum decompõe aminoácidos em alimentos, produz hidrogênio, que os outros micróbios comem.
Se o hidrogênio tiver sido deixado, os experimentos revelaram que isso poderia prejudicar ainda mais o crescimento do Prometheoarchaeum , indicando que o archaea tem uma relação simbiótica com outros micróbios, neste caso sintrófico - o que significa que o crescimento de uma espécie ou de ambos depende o que o outro come.
Então, quando o organismo foi examinado sob um microscópio eletrônico, ele revelou uma forma incomum para um archaeon - longos tentáculos brotando de seu corpo, dentro dos quais seus micróbios parceiros se aninhavam. Quando o oxigênio começou a aumentar na Terra, os pesquisadores supuseram que esse organismo poderia ter mudado para uma relação com bactérias que usavam oxigênio, aumentando suas chances de sobrevivência e estabelecendo o caminho para a vida eucariótica.
E, de fato, o sequenciamento de DNA revelou as características eucarióticas observadas em outras Archaea de Asgard.
Obviamente, mais trabalho precisa ser feito. O prometheoarchaeum pode ser bem diferente do archaea de bilhões de anos atrás. E está longe de ser uma prova definitiva de que os eucariontes evoluíram de archaea.
O estudo está tão disponível antes da revisão por pares, por isso será interessante ver o que a comunidade científica faz dele, com o tempo. Mas não importa o que aconteça agora, vamos aprender muito com esse trabalho.
"Este é um trabalho monumental que reflete uma tremenda quantidade de trabalho e perseverança", disse à Nature o microbiologista evolutivo Thijs Ettema, da Universidade de Wageningen, que não estava associado ao estudo .
"É um grande passo em frente na compreensão desta importante linhagem."
A pesquisa está disponível no bioRxiv .
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