Cientistas no Japão encontraram um tipo de bactéria em uma caverna que exibe comportamento multicelular e um ciclo de vida único de duas fases.
A bactéria, HS-3, foi isolada de uma parede de caverna de calcário que é periodicamente submersa por um rio subterrâneo. O HS-3 tem duas fases de vida diferentes; em uma superfície sólida, ele se auto-organiza em uma colônia estruturada em camadas com qualidades semelhantes a cristais líquidos. A colônia HS-3 amadurece em uma esfera semifechada que contém aglomerados de células “filhas” de cocobacilos, ou células curtas em forma de bastonete, que são liberadas quando em contato com a água.
“O surgimento da multicelularidade é um dos maiores mistérios da vida na Terra”, afirma o autor correspondente Kouhei Mizuno, professor do Instituto Nacional de Tecnologia (KOSEN), Tóquio, Japão. “A questão é que já conhecemos a função superior e a adaptabilidade da multicelularidade, mas não sabemos quase nada sobre suas origens. A função estabelecida e a adaptabilidade não são necessariamente sua própria força motriz formativa. Uma curiosidade da multicelularidade é o conflito entre os “benefícios dos indivíduos” versus o “benefício do grupo” que deve ter existido no estágio inicial da transição evolutiva. Não temos um bom modelo existente para estudar a multicelularidade, exceto modelos teóricos.”
Um desses modelos, chamado de “andaime ecológico”, afirma que o ambiente exerce pressão de seleção sobre uma população que está se desenvolvendo, argumentando que a seleção natural darwiniana ainda é aplicável a organismos unicelulares.
Mizuno e seu aluno de laboratório Ohta identificaram o HS-3 de gotejamento de água em uma parede de caverna de calcário na ilha de Kyushu, no norte do Japão, em 2008. Eles estavam inicialmente procurando por bactérias acumuladoras de lipídios, mas Ohta descobriu uma pequena colônia com cores e texturas extraordinariamente bonitas ao inspecionar placas de ágar velhas para bactérias antes do descarte. Devido à sua estrutura desorganizada, a maioria das bactérias do ágar tem uma textura opaca, porém, essa colônia era transparente e tinha uma tonalidade iridescente. Comparações fenotípicas com espécies intimamente relacionadas verificaram esta colônia como uma nova espécie, HS-3, que os cientistas chamaram de Jeongeupia sacculi (que significa “berço”).
A equipe usou microscopias para analisar o crescimento da colônia. As células começaram a se reproduzir simplesmente como cocobacilos, mas a ocorrência do alongamento celular fez com que a colônia formasse uma estrutura de camada única, orientada como um cristal líquido. As protuberâncias se formam particularmente na borda da colônia, aliviando a pressão interna e concedendo ao HS-3 a capacidade única de manter esse arranjo líquido bidimensional por um período prolongado, o que pode ser um pré-requisito para o HS-3 estabelecer um comportamento multicelular.
Em seguida, a colônia se expandiu para formar camadas adicionais. As células filamentosas internas se curvaram, gerando domínios estruturados em vórtices. Esses domínios e o arranjo tipo cristal líquido explicam a transparência observada em colônias HS-3 em ágar. Após dois dias, a rápida reprodução celular ocorreu internamente e a colônia começou a inchar tridimensionalmente, formando uma esfera semifechada que abrigava as células do cocobacilo. Após o quinto dia, as células internas foram expulsas da colônia, desencadeando uma reação em cadeia desse evento nas colônias adjacentes e, assim, indicando algum controle multicelular.
Como o local de amostragem da parede da caverna do HS-3 estava regularmente sujeito a água corrente na caverna, a equipe submergiu as colônias semi-esfera maduras na água. Os cocobacilos internos foram liberados na água, deixando para trás a arquitetura das células filamentosas. Ao plaquear essas células filhas em ágar fresco, eles descobriram que as células eram capazes de reproduzir a estrutura filamentosa original, mostrando que as duas fases distintas do ciclo de vida do HS-3 são reversíveis e podem ter surgido devido às mudanças nas condições dentro da caverna.
“Precisávamos de 10 anos para ter certeza de que não era uma contaminação de duas espécies diferentes e que não era apenas uma mutação”, diz Mizuno. “Primeiro, usamos uma série de observações microscópicas para filmar todo o processo de uma única célula a uma colônia, para a qual desenvolvemos nossos próprios métodos. Então, descobrimos que as mudanças morfológicas nas células e colônias eram controladas e reversíveis. Esses dados nos levaram a acreditar que é uma “multicelularidade” do HS-3.”
“O primeiro estágio do ciclo de vida do HS-3 sugere que a organização do tipo cristal líquido está envolvida no surgimento da multicelularidade, o que não havia sido relatado antes. A existência do segundo estágio de vida implica o envolvimento do ambiente dinâmico da água no surgimento da multicelularidade do HS-3”, diz o co-autor correspondente Kazuya Morikawa, professor da Divisão de Ciências Biomédicas da Universidade de Tsukuba, Japão.
“Ficamos surpresos com as várias propriedades curiosas que o HS-3 engloba, uma das quais é que o comportamento multicelular desta nova espécie se encaixa bem com a hipótese de ‘andaime ecológico’ recentemente proposta. Agora pensamos que o salto para a multicelularidade seria um processo mais elaborado e bonito do que imaginamos até agora.” comentaram Mizuno e Morikawa.
Publicado em 20/11/2022 12h12
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