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segunda-feira, 21 de junho de 2021

Asgard e seus deuses: você provavelmente veio deles

O que a mitologia nórdica e seu famoso panteão tem a ver com você? Provavelmente tudo, até mesmo sua origem!

Quando os cientistas fizeram a análise de DNA em um núcleo sedimentar retirado do fundo do oceano Ártico em 2010, eles encontraram algo surpreendente. Um microrganismo anteriormente desconhecido pertencente ao estranho domínio biológico de micróbios chamado Archaea, que parecia ter características genômicas associadas a um domínio totalmente diferente - Eukaryota, o mesmo domínio biológico ao qual pertencem eu e você.

Eles deram o nome de Lokiarchaeota à sua descoberta, em homenagem ao respiradouro hidrotérmico Castelo de Loki, perto da Groenlândia, onde foi encontrado. Dadas às peculiaridades desses microrganismos, seu estudo em detalhes parecia ser algo muito difícil, pois até então o cultivo em laboratório parecia ser impossível.

Agora, graças ao trabalho de cientistas japoneses, essas dúvidas podem ser dissipadas. Pela primeira vez, eles isolaram Lokiarchaeota, e a cultivaram em um laboratório.

Isso significa, pela primeira vez, que os pesquisadores podem estudar e interagir de perto com a Lokiarchaeota viva, o que pode nos ajudar a encontrar nossos primeiros ancestrais neste incrível planeta azul. Suas pesquisas foram lançadas recentemente na revista científica Nature.

A árvore da vida, em sua base, está dividida em três domínios. Um deles é ocupado por bactérias - micróbios unicelulares que não possuem um núcleo ou organelas ligadas a membranas, e se movimentam ondulando estruturas parecidas com o cabelo chamadas flagelos. Outro é o eucariota, organismos cujas células têm núcleos e membranas. Esse domínio inclui a nós, humanos, animais, plantas e algas.

E depois há as archeas (arqueias ou arqueobactérias). Estas são parecidos com bactérias, na medida em que não possuem núcleos e organelas ligadas a membranas, e se movimentam usando flagelos. Mas há várias diferenças importantes. Elas se dividem de forma diferente. Suas paredes celulares são feitas de componentes ligeiramente diferentes. E o RNA delas é suficientemente diferente para separá-las na árvore filogenética. Em resumo, muitas características bastante semelhantes ao domínio eucariota. 

Depois da descoberta de Lokiarchaeota - outros espécimes de archeia que tinham características eucarióticas foram sendo descobertas. Estas foram nomeados Thorarchaeota, Odinarchaeota e Heimdallarchaeota (para seguir a mesma convenção de nomenclatura). Coletivamente, elas são chamados de Archeas de Asgard, e alguns cientistas pensam que poderiam ser a origem da vida eucariótica - talvez depois que uma Archea de Asgard se associou a uma bactéria. 

Thor, o deus do Trovão  - quem diria que você é mais relacionado a ele do que você imaginava. Imagem: https://www.lifeinnorway.net/norse-gods/


Representação filogenética das Archeas de Asgard. Imagem: http://www.ettemalab.org/eva-fernandez-caceres/
 

É muito difícil estudar qualquer ser vivo sem conhecer seus detalhes. É aqui que entram os cientistas japoneses. Eles recuperaram um núcleo de sedimento do fundo do mar na calha Nankai, 2.533 metros (8.310 pés) abaixo do nível do mar, em 2006.

Isto foi antes que alguém soubesse sobre as Archeas de Asgard. Só mais tarde, uma análise do RNA de sua rica amostra revelou a presença de um microrganismo semelhante ao Lokiarchaeota.

Quando a equipe começou seu trabalho, eles ainda não sabiam disso. Eles cultivaram cuidadosamente suas amostras durante cinco anos, em um sistema de biorreator de fluxo contínuo alimentado com metano, projetado para imitar as condições de um respiro de metano de alto mar. Muito lentamente, os micróbios se multiplicaram.

O passo seguinte foi colocar amostras do biorreator em tubos de vidro com nutrientes para mantê-los alimentados e crescendo. Lá eles mantiveram por mais um ano, finalmente começando a desenvolver uma população muito tênue de Lokiarchaeota.

Então, a equipe investiu ainda mais tempo no isolamento, cultivo e crescimento desta população que se reproduzia lentamente. As populações comuns de bactérias geralmente levam cerca de meia hora para se reproduzir. Lokiarchaeota demorou 20 dias.

"As subculturas repetidas ... gradualmente enriqueceram a arquebactéria com uma taxa de crescimento extremamente lenta e baixo rendimento celular", escreveram os pesquisadores em seu trabalho.

"A cultura teve consistentemente 30-60 dias de fase de defasagem e exigiu mais de 3 meses para atingir o crescimento total [...] A variação das temperaturas de cultivo e as combinações e concentrações de substrato não melhoraram significativamente a fase de defasagem, a taxa de crescimento ou o rendimento celular".

No total, a experiência levou 12 anos. Os pesquisadores deram o nome de Prometheoarchaeum syntrophicum a seu micróbio cultivado - em homenagem a Prometheus, o antigo Titã mitológico grego que foi creditado com a criação de 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 arquebactéria Methanogenium e a bactéria Halodesulfovibrio. Quando o Prometeoarchaeum decompõe os aminoácidos em alimentos, ele produz hidrogênio, que os outros micróbios comem.

Se o hidrogênio fosse deixado de lado, as experiências revelaram, isto poderia dificultar ainda mais o crescimento já lento do Prometheoarchaeum, indicando que a arquebactéria tem uma relação simbiótica com outros micróbios - o que significa que o crescimento de uma espécie ou de ambas depende do que a outra come.

Então, quando o microrganismo foi examinado sob um microscópio eletrônico, ele revelou uma forma incomum para uma archea - longos tentáculos brotando de seu corpo, dentro dos quais seus micróbios parceiros se aninham. Quando o oxigênio começou a aumentar na Terra, os pesquisadores formularam a hipótese de que este organismo poderia ter mudado para uma relação com bactérias que utilizavam oxigênio, aumentando suas chances de sobrevivência, e iniciando o caminho para a vida eucariótica.

Fonte: https://www.isep-protists.com/post/iseppapers-4-spring-2019


E de fato, o sequenciamento de DNA revelou as características eucarióticas relacionadas com as Archeas de Asgard.

Obviamente, mais trabalho precisa ser feito. A Prometheoarchaeum pode ser bem diferente da Archea de bilhões de anos atrás. E está longe de ser uma prova definitiva de que eucariotos evoluíram da archea. Mas não importa o que aconteça agora, vamos aprender muito com este trabalho.

"Este é um trabalho monumental que reflete uma enorme quantidade de trabalho e perseverança", disse o microbiologista evolucionista Thijs Ettema da Universidade de Wageningen, que não estava associado ao trabalho, em agosto de 2019, quando o trabalho foi anunciado pela primeira vez.

"É um grande passo em frente na compreensão desta importante linhagem".

Por: Jonathan Pena Castro


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