É uma descoberta que cabe nos livros didáticos.
A evolução é um processo maravilhoso e demorado, com algumas explosões aleatórias de atividade que são responsáveis pela diversidade da vida no nosso planeta hoje.
Isso pode acontecer em larga escala, como acontece com a evolução de membros mais eficientes.
Eles também ocorrem no nível celular microscópico, como quando diferentes partes da célula foram formadas pela primeira vez.
Agora, uma equipe de cientistas detectou um sinal de um grande evento de vida que provavelmente não ocorre há pelo menos bilhões de anos.
Eles observaram endossimbiose primária – duas formas de vida se fundindo em um organismo.
Este evento incrivelmente raro ocorreu entre um tipo de alga marinha abundante e uma bactéria observada em laboratório.
Para termos uma perspectiva, as plantas começaram a pontilhar o nosso planeta na última vez que isto aconteceu.
Os resultados são descritos em dois artigos publicados recentemente nas revistas Cell e Science.
De onde vêm a ‘central de força da célula’ e os cloroplastos A endossimbiose primária ocorre quando um organismo microbiano engole outro.
Em seguida, começa a usar os organismos engolidos como órgão interno.
O hospedeiro fornece ao organismo – agora chamado de endossimbionte – vários benefícios, incluindo nutrientes, energia e proteção.
Quando não consegue mais sobreviver por conta própria, o endossimbionte engolfado torna-se um órgão para o hospedeiro chamado organela.
“É muito raro que organelas surjam desse tipo de coisa”, disse Tyler Coale, coautor do estudo Cell e pesquisador de pós-doutorado na Universidade da Califórnia, em Santa Cruz, em um comunicado.
“A primeira vez que pensamos que isso aconteceu, deu origem a toda vida complexa.” A endossimbiose em que a forma de vida do hospedeiro se torna fundamental para a função de outro organismo só aconteceu três vezes conhecidas.
Todas essas instâncias foram um grande avanço para a evolução, uma vez que a fusão com seus hospedeiros tornou-se fundamental para a própria existência dos endossimbiontes.
O primeiro evento ocorreu há cerca de 2,2 bilhões de anos.
Foi quando um organismo unicelular chamado archaea engoliu uma bactéria que eventualmente se tornou a mitocôndria.
Essa organela especializada é o que todo estudante de biologia aprende que é a “central de força da célula” e sua formação permitiu a evolução de organismos complexos.
“Tudo o que é mais complicado do que uma célula bacteriana deve a sua existência a esse evento”, disse Coale.
“Há cerca de um bilhão de anos, aconteceu novamente com o cloroplasto, e isso nos deu plantas”, disse Coale.
Este segundo evento ocorreu quando células mais avançadas absorveram cianobactérias.
As cianobactérias podem colher energia da luz solar e eventualmente se tornarem organelas chamadas cloroplastos, que podem colher energia da luz solar.
Os cloroplastos nos deram outro princípio fundamental da biologia: plantas verdes que podem produzir alimentos a partir do sol.
Com este último evento de endossimbiose, é possível que as algas estejam convertendo o nitrogênio da atmosfera em amônia que pode ser usada para outros processos celulares.
No entanto, precisa da ajuda de uma bactéria.
Uma nova organela? No artigo publicado na Cell, uma equipe de cientistas mostra que esse processo está ocorrendo mais uma vez.
Eles observaram uma espécie de alga chamada Braarudosphaera bigelowii.
As algas que engoliram uma cianobactéria conferem-lhe um pouco de superpoder vegetal.
Ele pode “fixar” o nitrogênio diretamente do ar e combiná-lo com outros elementos para formar compostos mais úteis.
Isso é algo que as plantas normalmente não conseguem fazer.
O nitrogênio é um nutriente muito importante para a existência da vida e as plantas normalmente o obtêm por meio de relações mútuas com as bactérias que permanecem separadas da planta ou das algas.
A equipe inicialmente pensou que a alga B. bigelowii tinha esse tipo de relação simbiótica com uma bactéria chamada UCYN-A.
Na verdade, o relacionamento ficou muito mais próximo e sério.
Eles descobriram que a proporção de tamanho entre as algas e a bactéria UCYN-A permanece semelhante em diferentes espécies relacionadas à alga B. bigelowii.
O crescimento parece ser controlado por uma troca de nutrientes essenciais, ligando os seus metabolismos.
Essa sincronização das taxas de crescimento levou os pesquisadores a chamarem a UCYN-A de semelhante a uma organela.
“Isso é exatamente o que acontece com as organelas”, disse o coautor do estudo e oceanógrafo microbiano da UC Santa Cruz, Jonathan Zehr, em um comunicado.
“Se você olhar para as mitocôndrias e o cloroplasto, é a mesma coisa: eles crescem com a célula.” Apresentando o nitroplasto.
Para procurar mais evidências de que esta bactéria é uma organela, eles precisavam olhar mais profundamente para dentro.
O estudo publicado na revista Science usou imagens avançadas de raios X para observar o interior das células vivas da alga B. bigelowii.
Revelou que a replicação e a divisão celular foram sincronizadas entre as algas hospedeiras e a bactéria UCYN-A.
Forneceu ainda mais evidências do processo de fusão desse organismo de endossimbiose primária em ação.
“Até este artigo, ainda havia a questão de saber se isso ainda é um “endossimbionte” ou se tornou uma verdadeira organela”? Carolyn Larabell, coautora do estudo e cientista docente da Área de Biociências do Berkeley Lab e diretora do Centro Nacional de Tomografia de Raios-X, disse em um comunicado.
“Mostramos com imagens de raios X que o processo de replicação e divisão da alga hospedeira e do endossimbionte é sincronizado, o que forneceu a primeira evidência forte.”
Eles também compararam as proteínas da bactéria UCYN-A isolada com as proteínas dentro das células das algas.
A equipe descobriu que a bactéria isolada só consegue produzir cerca de metade das proteínas de que necessita.
Ele precisa de sua alga hospedeira para fornecer o restante das proteínas necessárias à vida.
“Essa é uma das marcas de algo que passa de um endossimbionte para uma organela”, disse Zehr.
“Eles começam a jogar fora pedaços de DNA, e seus genomas ficam cada vez menores, e eles começam a depender da célula-mãe para que esses produtos genéticos – ou a própria proteína – sejam transportados para dentro da célula.” A equipe acredita que isto indica que a UCYN-A pode ser considerada uma organela completa.
Eles deram-lhe o nome de “nitroplasto” e potencialmente começou evoluindo há cerca de 100 milhões de anos.
Embora isso pareça longo para o nosso senso humano de tempo, é apenas um milissegundo no tempo evolutivo quando comparado com mitocôndrias e cloroplastos.
Muitas outras questões sobre a UCYN-A e a sua alga hospedeira permanecem sem resposta e a equipe também planeia descobrir como a UCYN-A e a alga funcionam e estudar diferentes estirpes.
Um estudo mais aprofundado dos nitroplastos também poderia determinar se eles estão presentes em outras células e quais podem ser seus benefícios.
Por exemplo, poderia ter amplas aplicações na agricultura.
“Este sistema é uma nova perspectiva sobre a fixação de nitrogênio e pode fornecer pistas sobre como tal organela poderia ser transformada em plantas cultivadas”, disse Coale.
De acordo com Zehr, os cientistas provavelmente encontrarão outros organismos que tenham histórias evolutivas semelhantes às do UCYN-A, mas esta descoberta é “uma para os livros didáticos”.
Publicado em 27/04/2024 23h44
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