Nova linhagem de micróbios que vivem em Yellowstone lançam luz sobre a origem da vida
Bill
Inskeep, professor do Departamento de Recursos Terrestres e Ciências
Ambientais da Universidade Estadual de Montana, dirige um microscópio
eletrônico de varredura no Laboratório de Imagem e Análise Química no
campus, segunda-feira, 14 de maio de 2018, em Bozeman, Montana. Inskeep
foi publicado na revista científica Nature Microbiology por sua pesquisa
em Marsarchaeota, geotermia de tapetes microbianos de óxido de ferro
encontrados no Parque Nacional de Yellowstone. Crédito: MSU Foto de
Adrian Sanchez-Gonzalez.
Cientistas da Universidade Estadual de Montana descobriram
uma nova linhagem de micróbios que vivem nas águas do Parque Nacional de
Yellowstone, com características geotérmicas, lançando luz sobre a
origem da vida, a evolução da vida arqueológica e a importância do ferro
no início da vida.
O professor William Inskeep e sua equipe de pesquisadores publicaram suas descobertas em 14 de maio na revista científica Nature Microbiology. “A
descoberta de linhagens de arqueas é fundamental para nossa compreensão
da árvore universal da vida e da história evolutiva da Terra”, escreveu
o grupo. “Ambientes térmicos geoquimicamente diversos, no Parque
Nacional de Yellowstone, oferecem oportunidades sem precedentes para o
estudo de arqueas em habitats que podem representar equivalência com a
Terra primitiva.”
Archaea é um dos três domínios da vida, sendo os outros Bacteria e
Eukarya. Como as bactérias, archaea são organismos unicelulares.
O
domínio Eukarya contém organismos mais complexos, unicelulares, como é o
caso dos protozoários, ou multicelulares, como humanos, outros animais,
plantas e fungos.
Por conta de sua coloração avermelhada, os cientistas homenagearam a Marte – o planeta vermelho – e chamaram a nova linhagem de Marsarchaeota,
sua cor é devido a prosperam em habitats ricos em óxido de ferro, o
principal componente da ferrugem. Dentro da Marsarchaeota, eles
descobriram dois subgrupos principais que vivem em Yellowstone e
prosperam em águas quentes e muito ácidas, onde o óxido de ferro é o
principal mineral. Um subgrupo vive em águas acima de 50 °C, e o outro
vive em águas acima de 60 a 80 °C.
“É interessante que o habitat desses organismos contém minerais (de
ferro) semelhantes aos encontrados na superfície de Marte”, disse
Inskeep. Ele acrescentou que diferente de outros micróbios que produzem
óxido de ferro, o Marsarchaeota não produz. Eles podem estar envolvidos
na redução do ferro em uma forma mais simples”, o que é extremamente
importante no que diz respeito as primeiras condições de vida.
Os cientistas estudaram tapetes microbianos por todo o Yellowstone.
Microorganismos nesses locais produzem óxido de ferro que cria terraços
que, por sua vez, bloqueiam as correntes. Como a água (com apenas alguns
milímetros de profundidade) passa pelos terraços, o oxigênio é
capturado da atmosfera e fornecido à Marsarchaeota.
Além de aprender mais sobre o início da vida na Terra e sobre o
potencial de vida em Marte, Inskeep disse que a pesquisa pode ajudar os
cientistas a entenderem mais sobre biologia de alta temperatura, “Isso
pode ser importante na indústria e na biologia molecular.” disse
William.
Materiais fornecidos pela Universidade Estadual de Montana. Evelyn Boswell.
Zackary J. Jay, Jacob P. Beam, Mensur Dlakić, Douglas B. Rusch, Mark A. Kozubal, William P. Inskeep. Marsarchaeota are an aerobic archaeal lineage abundant in geothermal iron oxide microbial mats. Nature Microbiology, 2018; DOI: 10.1038/s41564-018-0163-1
terça-feira, 29 de outubro de 2019
Some geothermal lakes in northern Ethiopia’s Rift Valley are too inhospitable to life.
There’s life on polar ice sheets, in scalding hot springs, and
kilometers underground. But in hot briny lakes in Africa’s Rift Valley
and the cold, dry soil of Antarctica’s Shackleton Glacier Valley, life
reaches its limits. In both places, teams of researchers have pinpointed
conditions too hostile for even the toughest microbes.
Together the two projects “contradict the current wisdom that life is
really everywhere,” says Nathan Smith, a paleontologist at the Natural
History Museum of Los Angeles County in California who was not involved
with either project. “Both, in their own ways, in different types of
environments, are homing in on what might be real barriers to life.”
In the Rift Valley lakes, in Ethiopia, volcanic gases venting from
below acidify the water, which is also rich in salts from brines created
by the evaporation of ancient and modern bodies of water. Add the
heating effect of the volcanic activity, and the lakes represent an
environment more extreme than any found in Yellowstone National Park or even in the Atacama Desert.
Purificación López-García, a biologist at with the French national
research agency CNRS and the University of Paris-Sud, and her team used
microscopy, cell sorting, genomics, and other techniques to look for
signs of life in the water. In some ponds, microbes known as archaea thrived, the researchers report today in Nature Ecology & Evolution.
But a few kilometers away, in isolated canyons and lakes where salt
concentrations top 50% and acidity was high, they could detect no signs
of permanent life at all.
Ancient wind-scoured soils in Antarctica’s Shackleton Glacier Valley appear devoid of even the hardiest microbes.
Noah Fierer
They did notice balls of minerals that others have found elsewhere and interpreted as “microfossils.” But
they argue that the structures are unlikely to have biological origins.
The high salinity along with the acidity and temperature are a deadly
combination, especially because the salts there are magnesium-based. Too
much magnesium causes cell membranes to dissolve, López-García says.
Very different conditions define life’s limits in the Shackleton
Glacier Valley. In some parts of the ice-carved landscape, the soil has
been exposed for hundreds of thousands of years to frigid, bone-dry
winds. Nicholas Dragone, a graduate student at the University of
Colorado in Boulder, took soil samples from those sites and from
low-lying spots that were ice-covered until recently. He tried for 2
months or longer to get microbes from each sample to grow in the lab,
under more than a dozen types of conditions. He also tested for DNA.
Finally, he and his colleagues added glucose with labeled carbon to the
soil samples and watched for any labeled carbon dioxide—a sign that a
living organism was processing the glucose.
Multiple types of bacteria and fungi turned up in the lowland soils,
Dragone reported 14 October at the Interdisciplinary Antarctic Earth
Sciences meeting in Julian, California. But some of the high-elevation,
older soils were devoid of life.
“To be able to identify sites that have nothing in them is unique,”
Dragone said. He has not done the extensive chemical analyses that
López-García’s team did to help define life’s limits, but he suspects
these high-elevation soils are inhospitable because they lack any liquid
water.
With the two studies, “We’ve hit that boundary [for life] on both
sides,” says Dragone’s adviser, Noah Fierer, a microbial ecologist.
Knowing those boundaries should prove useful in searches for life at
Earth’s extremes—and on other planets. “This gives us a lot more tools
for exploring the potential of life existing elsewhere,” Smith says.
Alguns pontos da Terra são hostis demais para a vida
Por Elizabeth PennisiOct. 28, 2019, 12:00
Há vida em camadas de gelo polar, em fontes termais escaldantes e quilômetros no subsolo. Mas em lagos quentes e salgados no Vale do Rift, na África, e no solo seco e frio do Vale da Geleira Shackleton, na Antártica, a vida atinge seus limites. Em ambos os lugares, equipes de pesquisadores identificaram condições hostis demais para os micróbios mais difíceis.
Juntos, os dois projetos "contradizem a atual sabedoria de que a vida realmente está em toda parte", diz Nathan Smith, paleontólogo do Museu de História Natural do Condado de Los Angeles, na Califórnia, que não estava envolvido em nenhum dos projetos. "Ambos, à sua maneira, em diferentes tipos de ambientes, estão se aproximando do que podem ser verdadeiras barreiras à vida."
Nos lagos do Vale do Rift, na Etiópia, os gases vulcânicos que saem de baixo acidificam a água, que também é rica em sais de salmoura criados pela evaporação de corpos d'água antigos e modernos. Adicione o efeito de aquecimento da atividade vulcânica, e os lagos representam um ambiente mais extremo do que qualquer outro encontrado no Parque Nacional de Yellowstone ou mesmo no deserto de Atacama.
Purificación López-García, bióloga da agência nacional francesa de pesquisa CNRS e da Universidade de Paris-Sud, e sua equipe usaram microscopia, classificação de células, genômica e outras técnicas para procurar sinais de vida na água. Em algumas lagoas, os micróbios conhecidos como Archaea prosperaram, relatam os pesquisadores hoje na Nature Ecology & Evolution. Mas a alguns quilômetros de distância, em desfiladeiros e lagos isolados, onde as concentrações de sal atingem 50% e a acidez era alta, eles não conseguiam detectar sinais de vida permanente.
Os solos antigos varridos pelo vento no Vale da Geleira Shackleton, na Antártica, parecem desprovidos dos micróbios mais difíceis. Noah Fierer
Eles notaram bolas de minerais que outros encontraram em outros lugares e interpretaram como "microfósseis". Mas eles argumentam que é improvável que as estruturas tenham origens biológicas. A alta salinidade, juntamente com a acidez e a temperatura, são uma combinação mortal, principalmente porque os sais são à base de magnésio. O excesso de magnésio faz com que as membranas celulares se dissolvam, diz López-García.
Condições muito diferentes definem os limites da vida no Vale Glaciar Shackleton. Em algumas partes da paisagem esculpida em gelo, o solo foi exposto por centenas de milhares de anos a ventos frios e secos. Nicholas Dragone, um estudante de graduação da Universidade do Colorado em Boulder, coletou amostras de solo desses locais e de locais baixos que estavam cobertos de gelo até recentemente. Ele tentou por 2 meses ou mais obter micróbios de cada amostra para crescer no laboratório, sob mais de uma dúzia de tipos de condições. Ele também testou o DNA. Finalmente, ele e seus colegas adicionaram glicose com carbono marcado às amostras de solo e observaram qualquer dióxido de carbono identificado - um sinal de que um organismo vivo estava processando a glicose.
Vários tipos de bactérias e fungos apareceram nos solos das terras baixas, informou Dragone em 14 de outubro na reunião Interdisciplinar de Ciências da Terra Antártica em Julian, Califórnia. Mas alguns dos solos mais altos e altos não tinham vida. "Ser capaz de identificar sites que não contêm nada é único", disse Dragone. Ele não fez as extensas análises químicas que a equipe de López-García fez para ajudar a definir os limites da vida, mas ele suspeita que esses solos de alta altitude sejam inóspitos porque não possuem água líquida.
Com os dois estudos, "atingimos esse limite [por toda a vida]] de ambos os lados", diz o consultor de Dragone, Noah Fierer, um ecologista microbiano. Conhecer essas fronteiras deve ser útil na busca pela vida nos extremos da Terra - e em outros planetas. "Isso nos dá muito mais ferramentas para explorar o potencial da vida existente em outros lugares", diz Smith.
