organismos

Desde pequenos aprendemos que o ciclo da vida é unidirecional, segue uma ordem lógica na qual os organismos nascem, crescem, evoluem e morrem. Essa definição permaneceu inalterada até a década de 1980, quando Prof. Dr. John Parkes propôs a existência de uma comunidade de microrganismos que viveria a centenas, talvez milhares de metros de profundidade no sedimento marinho1. Primeiramente, antes de discutirmos mais a fundo as implicações dessa hipótese, vamos recapitular o que nós sabemos sobre biologia.

Todas as células precisam de água, e energia para manterem o seu metabolismo. Essa energia pode ser gerada pela própria célula (autotroficamente) ou adquirida do meio ambiente (Heterotroficamente). As células que fazem autotrofia possuem duas opções, fotossíntese e quimiossíntese. No primeiro, as células usam a luz e a água para formar moléculas mais complexas a partir do CO2 (Dióxido de carbono). A quimiossíntese por sua vez é um processo no qual os organismos se utilizam da redução de compostos inorgânicos como H2S (sulfeto de hidrogênio) e CH4(metano) para a produção de matéria orgânica.

Voltando para a hipótese do Dr. Parkes, vamos fazer algumas observações adicionais. O oceano tem em média 3.682 metros de profundidade2. A luz, penetra no máximo 230 metros. A esse ponto, tu provavelmente chegaste a conclusão de que as bactérias da maior parte do oceano, não fazem fotossíntese. Consequentemente as bactérias do leito oceânico também não o fazem. E estás certo. De facto, a fotossíntese só ocorre numa camada bem fina, que cobre aproximadamente 0.005% do perfil vertical oceânico, numa região denominada epipelágica. Logo, só nos resta uma alternativa plausível para a aquisição de energia, a quimiossíntese.

Existe vida fora dos padrões convencionais de temperatura e pressão?

Organismos quimiossintetizantes geralmente vivem em regiões específicas na qual uma série de fatores geoquímicos vêm a favorecer esse metabolismo, como por exemplo, a presença de vulcões submarinos e “cold-seeps” (estes produzem a energia necessária para o crescimento de microrganismos). Bactérias quimiossintetizantes são abundantes no solo marinho pois existe uma sucessão de compostos ricos em energia que podem ser usados para a produção de matéria orgânica3. Contudo, o solo oceânico é em sua vasta maioria, frio, sem vulcões, escuro e plano.

Então vejamos bem, faria sentido existir vida em região tão remota e escassa de nutrientes? Seriam as células capazes de se reproduzir se aparentemente não existe energia suficiente em tais ambientes? Seria possível que esses microrganismos sobrevivessem a tantas condições extremas? A resposta para todas essas questões é única e categoricamente, sim, é possível. Nós só não sabemos como. Ainda.

Uma nova perspectiva

Em 2002, Dr. Parkes e um renomado time de cientistas foram a bordo do navio de pesquisa Joides Resolution, para coletar amostras de sedimento profundo com o objetivo de provar a existência de tal ecossistema. O que eles trariam a bordo, seria o início de uma revolução no campo da microbiologia. Tudo que sabíamos até esse momento, era que o subsolo marinho era inóspito a partir de alguns metros de profundidade. Mas isso mudou quando amostras coletadas a milhares de metros de profundidade continham sinais diretos da presença de células totalmente isoladas da superfície, por milhares, talvez, milhões de anos.

Microscopia de fluorescência das primeiras bactérias do subsolo marinho trazidos a superfície pelo navio Joides Resolution. Células indicadas com a cor vermelha brilhante. Artigo publicado na Nature1.

Estudos subsequentes indicaram que esses organismos eram extremamente diversificados4, 5e, portanto, compunham um novo e exótico universo microbiano para ser estudado. Mas isso não era tudo. Logo após a sua coleta os cientistas envolvidos fizeram o que todo microbiologista faria, tentaram cultivá-los. Tentaram todos os meios de cultura conhecidos, com e sem oxigénio, aumentando e diminuindo a pressão atmosférica. Até hoje, 16 anos após a sua descoberta, ninguém conseguiu fazer com que essas bactérias cresçam no laboratório.

Isso, como é de esperado, levou a muita frustração. Consequentemente, houve um esforço conjunto para tentar entender o porque destas células não se multiplicarem em cultura, como outras bactérias fazem. Em uma dessas discussões, Prof. Dr. LaRowe, professor da University of Southern Califórnia, nos Estados Unidos calculou a quantidade de energia necessária para que essas células se multiplicassem. E para a surpresa de todos, a relação dessas células com o tempo e a energia era tão estranha que muitos achavam que esse tipo de microrganismo violava o próprio conceito biológico.

Um dia para a comunidade intraterrestre equivale a centenas de anos na superfície

Pelos cálculos do Dr. LaRowe, essas células precisam de apenas um zeptowatt de energia por dia e isso é extremamente pouco. Para exemplificar o quão infinitesimal é um zeptowatt, escreverei por extenso esse número. 1 zeptowatt é igual a 0,00000000000000000001 watt. Humanos, por outro lado, necessitam de 100 watts por dia.

Nas brilhantes palavras da Prof. Dr. Lloyd, “Imagine que você pegue um ananás e o deixe cair de um metro de altura, 881.632 vezes em um dia. Se tu tiveste esse tempo e essa quantidade de ananás livres para conectar a um dínamo, estarias gerando quantidade suficiente de energia para manter uma pessoa funcionando por dia. Comparativamente, um zeptowatt seria como uma se tiveste uma partícula mil vezes menor do que um grão de sal, e soltasse a um nanômetro (um nanometro equivale a 1×10-6 milímetros, ou o tamanho de uma molécula de água) de altura em um dínamo, uma vez por dia.”6

Ou seja, para tão diminutas necessidades energéticas, tais células demonstram um crescimento tão vagaroso que não faz diferença adicionar diferentes fontes de energia para estimular o crescimento. A evolução levou estes microrganismos a desenvolver-se em uma escala atemporal quando comparados com as formas de vida.  Podendo, em teoria, fazer com que uma célula permaneça viva por milhares ou dezenas de milhares de anos em ambientes protegidos de radiação, impactos de meteoritos e dessecação.

Até hoje, não possuímos uma definição única do que é vida, mas certamente, a descoberta de microrganismos tão especiais, com uma relação única com o tempo e energia amplia os nossos horizontes do conhecimento. A existência desse novo ecossistema marinho subsuperficial nos ajuda a expandir não somente o conceito de vida no planeta Terra, mas também, nos dá uma ideia do que podemos vir a encontrar lá fora.

Referências:

  1. https://www.nature.com/articles/nature03302
  2.  https://oceanexplorer.noaa.gov/facts/ocean-depth.html
  3. https://eesc.columbia.edu/courses/w4937/Readings/Treatise.Geochem.Emerson.pdf
  4. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167701203001404
  5. https://www.nature.com/articles/nature03796
  6. https://www.youtube.com/watch?v=PbgB2TaYhio&t=468s
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Andrey Vieira é brasileiro, natural do Rio de Janeiro. É licenciado em ciências biológicas pela Universidade Federal Fluminense (UFF), com enfoque em bioquímica e Geoquímica Orgânica. Durante sua graduação foi selecionado como estudante de alta performance para poder realizar um intercâmbio académico na Universidade Estadual de Montana, nos Estados Unidos, na área de Astrobiologia, Origem da Vida e Biogeoquímica. Essa escolha acabou por lhe render uma oportunidade de trabalho como assistente de pesquisa no NAI (NASA Astrobiology Institute) no Massachusetts Institute of Technology (MIT). Durante o tempo de pesquisa no MIT, o Andrey realizou uma série de estudos sobre o funcionamento das moléculas que conferem resistência a altas temperaturas em organismos extremófilos (Organismos que possuem preferência fisiológica por condições geoquímicas extremas, como altas temperaturas ou acidez extrema). Atualmente reside na Dinamarca como estudante da Universidade de Aarhus, e trabalha na sua Tese de Mestrado no Instituto Max-Planck de Biologia Marinha. Seu trabalho atual foca na bioquímica e fisiologia de bactérias poliextremófilas (Células que possuem preferência não só por uma condição específica, mas por um conjunto de fatores extremos concomitantemente) e como esses microrganismos podem vir a ser usados não somente para compreender como a vida teria se originado no planeta Terra, mas também como o estudo dessa fisiologia única pode vir a levar a criação de novas ferramentas biotecnológicas de grande relevância, nomeadamente para a indústria da construção civil e petroquímica. Andrey Vieira também é um entusiasta da astrofísica e epistemologia, possuindo mais de dez cursos em assuntos relevantes na área de exploração planetária e cosmologia, conferidos por diferentes instituições de pesquisa no Brasil e no mundo inteiro. Como comunicador científico, atuou por dois anos como auxiliar na disciplina de epistemologia da UFF e mediador/bolsista no projeto “Ciência sob tendas” levando a comunicação de ciência e tecnologia para escolas e comunidades carentes no estado do Rio de Janeiro.