Embora os humanos, juntamente com outros organismos vertebrados e invertebrados, não façam fotossíntese, somos definitivamente os beneficiários posteriores das formas de vida que o fazem.
Embora os humanos, juntamente com outros organismos vertebrados e invertebrados, não façam fotossíntese, somos definitivamente os beneficiários posteriores das formas de vida que o fazem. Organismos fototróficos na base da cadeia alimentar convertem luz solar abundante na energia que, em última análise, alimenta todas as outras formas de vida.
Os dois sistemas metabólicos para captação de energia luminosa são fundamentalmente diferentes. A mais conhecida é a fotossíntese baseada na clorofila, pela qual a vida vegetal usa a luz para gerar energia na conversão de dióxido de carbono e água em açúcares e amidos; o outro sistema consiste em rodopsinas de bombeamento de prótons.
As rodopsinas microbianas, proteínas de ligação à retina, fornecem transporte iônico impulsionado pela luz (e, incidentalmente, funções sensoriais). É uma família que inclui bombas de prótons acionadas por luz, bombas de íons, canais de íons e sensores de luz. As rodopsinas microbianas são encontradas em archaea, bactérias e eucariotos e estão amplamente distribuídas nos oceanos e lagos de água doce.
De um modo geral, as espécies tendem a escolher um ou outro sistema metabólico, a dicotomia PC/Mac de organismos fototróficos. No entanto, uma equipe multi-institucional de biólogos moleculares agora relata ter encontrado uma bactéria de lago alpino que usa complexos fotossintéticos baseados em bacterioclorofila e rodopsinas de bombeamento de prótons. Seu estudo foi publicado na PNAS.
Com base em medições de fotólise instantânea, os autores relatam que ambos os sistemas são fotoquimicamente ativos em Sphingomonas glacialis AAP5, encontrado no lago alpino Gossenköllesee, localizado nos Alpes tiroleses. Especificamente, em condições de pouca luz entre 4 e 22 graus Celsius, a bactéria expressa bacterioclorofila, e em condições de luz em temperaturas abaixo de 16 graus Celsius, expressa xantorrodopsina, uma bomba de prótons.
S. glacialis usa luz colhida para sintetizar ATP e estimular o crescimento. Os autores escrevem: “Isso indica que o uso de dois sistemas para colheita de luz pode representar uma adaptação evolutiva às condições ambientais específicas encontradas em lagos alpinos e outros ecossistemas análogos”, ou seja, uma resposta a grandes mudanças sazonais de temperatura e luz.
Como observam os autores, os sistemas baseados em bacterioclorofila são grandes, complexos e movidos a pigmentos, exigindo maquinaria molecular complexa para síntese, montagem e regulação. Mas, uma vez montados, eles compreendem um sistema “configure e esqueça” que funciona mesmo sob condições de pouca luz. As rodopsinas, por outro lado, são muito mais simples e menos dispendiosas de expressar; sua desvantagem é que eles são montados e funcionam apenas na presença de níveis de irradiância mais altos.
Carregados com todo o hardware genético para clorofototrofia e retinalfototrofia, esses carinhas fotoheterotróficos têm uma necessidade reduzida de respiração aeróbica e podem, portanto, usar o carbono disponível para crescimento, uma mercadoria escassa no ambiente do lago alpino que eles chamam de lar.
Perguntando-se sobre a existência de organismos “cinto e suspensórios” adaptáveis em outros ambientes com grandes mudanças sazonais de temperatura e flutuações na disponibilidade de luz, os pesquisadores pesquisaram 215.874 genomas bacterianos, identificando ambos os conjuntos de genes em 55 bactérias; quase metade se originou em ambientes alpinos. Eles observam que uma espécie foi recentemente identificada nas nascentes de Yellowstone, um ambiente físico-químico muito diferente, mas outro em que os extremos ambientais têm um delta alto.
Os sistemas bacterioclorofilados são transferidos principalmente verticalmente; no entanto, os genes da rodopsina são adquiridos horizontalmente de forma barata e comum. Assim, escrevem os autores, “esse processo pode ter ocorrido repetidamente durante a evolução. benéfico em outros ambientes com condições físico-químicas altamente dinâmicas com extremos favorecendo um sistema sobre o outro.”
Publicado em 06/01/2023 16h01
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