Será que toda a vida complexa na Terra está relacionada com um conceito da mitologia nórdica? De certa forma
Os cientistas estão um passo mais perto de compreender as origens da vida complexa na Terra após lançarem nova luz sobre um mistério relacionado com os nossos antepassados microbianos. A chave, suspeitam, pode estar na forma como micróbios simples que viveram há milhares de milhões de anos se adaptaram à presença de oxigénio.
Os seres humanos, tal como todas as plantas, fungos e animais na Terra, são eucariotas — organismos cujas células têm um núcleo bem definido que contém o ADN e outras estruturas, como as mitocôndrias, organelos que fornecem energia às células ao converter nutrientes em energia.
Entre 2,4 mil milhões e 2,1 mil milhões de anos atrás, os níveis de oxigénio na atmosfera terrestre aumentaram drasticamente, num fenómeno conhecido como Grande Evento de Oxigenação. Algumas centenas de milhares de anos depois desse evento surgiram na Terra os primeiros vestígios identificáveis de eucariotas, preservados como microfósseis. Isto sugere que o oxigénio tem sido, há muito, um ingrediente crucial para a evolução da vida complexa.
Muitos cientistas acreditam que os eucariotas evoluíram a partir da combinação de dois tipos diferentes de micróbios.
Mas existe um enigma: um desses micróbios, conhecido como Asgard archaea, só foi encontrado em ambientes pobres em oxigénio, como fontes hidrotermais no fundo do oceano — apesar de aparentar ter várias semelhanças complexas com os eucariotas.
Os investigadores questionavam-se, por isso, como é que os Asgard poderiam ter sequer cruzado o caminho de outros micróbios que dependiam de oxigénio para sobreviver, se viviam em ambientes tão diferentes.
Mas uma nova investigação aos genomas dos Asgard revelou linhagens até então desconhecidas destes micróbios em sedimentos costeiros pouco profundos, alguns dos quais parecem tolerar e até utilizar oxigénio, de acordo com um estudo publicado na revista científica Nature.
“O facto de alguns dos Asgard, que são nossos antepassados, terem sido capazes de usar oxigénio encaixa muito bem neste cenário”, afirma Brett Baker, coautor do estudo e professor associado de ciência marinha e biologia integrativa na University of Texas, em Austin, nos Estados Unidos. “O oxigénio apareceu no ambiente e os Asgard adaptaram-se a isso. Encontraram uma vantagem energética em utilizá-lo e depois evoluíram para eucariotas”, explica.
Compreender o papel dos Asgard no desenvolvimento da vida complexa poderá ajudar a resolver um mistério maior: como é que micróbios simples evoluíram para eucariotas — e, em última análise, porque existimos, acrescenta Baker.
Um micróbio com raízes mitológicas
As arqueias Asgard (Asgard archaea), nomeada em homenagem à morada celestial de deuses nórdicos como Odin e Thor, é um superfilo, ou seja, um grupo que evoluiu a partir de um ancestral comum.
Um único filo dentro deste grupo foi descoberto pela primeira vez em 2015 perto de um vulcão submarino no Oceano Atlântico Norte, conhecido como Castelo de Loki devido à sua semelhança com o capacete com chifres usado pela personagem da Marvel Comics — que também é um deus da mitologia nórdica. O micróbio foi denominado Lokiarchaeota.
Outros filos de micróbios de Asgard também receberam nomes em homenagem a deuses da mitologia nórdica.
Quando comparados com micróbios de outros superfilos, os Asgards parecem estar intimamente relacionados com os eucariotas e contêm genes encontrados apenas em formas de vida complexas.
“Eles foram aclamados como uma espécie de elo perdido na evolução da vida, da vida microbiana unicelular à vida complexa como plantas e animais”, diz Baker à CNN.
Ao analisar amostras de uma grande variedade de ambientes, os investigadores têm vindo a identificar cada vez mais tipos de micróbios Asgard, como o Heimdallarchaeia, cujo nome vem do guardião de Asgard na mitologia nórdica.
Em 2023, Baker e os seus colegas descobriram que os eucariotas parecem estar mais próximos deste grupo específico de Asgard, que possui vias metabólicas de elevada energia. Os resultados reforçaram a ideia de que animais e outras formas de vida dependem fortemente da respiração de oxigénio para obter energia, apoiando também a teoria de que o aumento do oxigénio na Terra esteve ligado ao aparecimento da vida complexa.
O passo seguinte foi perceber que processos de produção de energia poderiam ocorrer em diferentes tipos de micróbios Asgard, com base nos seus genes.
Para investigar esta questão, a equipa fez sequenciação de ADN em grande escala a partir de amostras recolhidas em fontes hidrotermais profundas e em zonas costeiras pouco profundas. Os cientistas conseguiram identificar centenas de genomas até então desconhecidos e construir uma espécie de árvore da vida dos micróbios Asgard, comparando semelhanças e diferenças genéticas dentro do grupo.
Durante a análise, os investigadores descobriram novos grupos de proteínas, que depois compararam com proteínas usadas pelos eucariotas para produzir energia e metabolizar oxigénio. Um modelo de inteligência artificial ajudou a equipa a prever como essas proteínas se dobram em diferentes estruturas — algo que está diretamente ligado à forma como funcionam.
Algumas proteínas produzidas pelos micróbios Heimdall são semelhantes às proteínas dos eucariotas responsáveis por processar oxigénio e gerar energia de forma eficiente, sugerindo que alguns Asgard antigos poderiam já tolerar oxigénio.
À procura de um ancestral comum
Inicialmente, os cientistas pensavam que o ancestral microbiano da vida complexa era uma célula simples que vivia em ambientes sem oxigénio.
Segundo essa hipótese, essa célula teria aprendido a usar oxigénio depois de se combinar com uma bactéria, originando eventualmente as mitocôndrias presentes nas nossas células.
“Os eucariotas dependem quase sempre das mitocôndrias para ‘queimar’ hidrocarbonetos com oxigénio e fazer tudo aquilo que fazemos”, explica Buzz Baum, biólogo celular e líder de investigação no Medical Research Council Laboratory of Molecular Biology, em Cambridge, no Reino Unido. Baum não participou no estudo.
No entanto, as novas descobertas sugerem que os Asgard poderiam já ter desenvolvido a capacidade de lidar com oxigénio antes de se fundirem com bactérias. Essa tolerância teria colocado estes micróbios em ambientes com oxigénio e poderia ter facilitado a fusão que acabou por dar origem aos primeiros eucariotas.
“A transição para a vida complexa não exigiu inventar o metabolismo do oxigénio do zero — os componentes básicos já estavam lá”, observa Burak Avci, professor assistente de microbiologia na Aarhus University, na Dinamarca, que também não participou na investigação.
“No entanto, é importante reconhecer que estamos a observar representantes modernos de um evento ocorrido há milhares de milhões de anos”, sublinha Avci, o que significa que “existe um grande intervalo evolutivo, e os acontecimentos concretos deste evento podem ter envolvido diferentes estratégias metabólicas na formação da primeira célula eucariótica”.
Os próprios autores do estudo reconhecem que é necessário recolher mais evidências para confirmar biologicamente as previsões genéticas da investigação — sobretudo quando se tenta determinar as capacidades exatas de micróbios que viveram há quase 2 mil milhões de anos.
Os Asgards modernos provavelmente mudaram e adaptaram-se para utilizar oxigénio, aponta Baum.
A investigação junta-se a um número crescente de estudos que sugerem que as células eucariotas terão surgido em ambientes costeiros ricos em oxigénio, afirma Daniel Brady Mills, investigador do University of Düsseldorf, na Alemanha. Mills espera que o estudo incentive outros cientistas a cultivar os seus próprios espécimes de micróbios Asgard em laboratório para testar se conseguem, de facto, utilizar oxigénio.
Baker acredita que poderá ser alcançado um marco importante nos próximos cinco a dez anos: observar em laboratório a evolução de micróbios Asgard até se transformarem em células eucariotas, num processo chamado eucariogénese.
“Não há razão para pensar que isto só aconteceu uma vez, há 2 mil milhões de anos”, considera.
Futuros estudos deverão também medir a quantidade de oxigénio nos ambientes onde os Asgard vivem atualmente e identificar micróbios dentro deste grupo capazes de crescer com quantidades muito pequenas de oxigénio, acrescenta Baum.
Os Asgard são os parentes vivos mais próximos da humanidade, resultantes de um acontecimento antigo, o que significa que detêm pistas sobre as nossas origens, sublinha Baum; por isso, é crucial determinar quando começaram a utilizar oxigénio.
Se olharmos em redor, conclui Baker, “o nosso planeta é dominado por eucariotas”. “Perceber como surgiram representa uma das maiores transições na evolução da vida na Terra. O facto de termos encontrado utilização de oxigénio nos nossos antepassados próximos, os Asgard, encaixa muito bem neste puzzle.”
