No mundo estranho e escuro do fundo do oceano, as fissuras subaquáticas, chamadas de fontes hidrotermais, hospedam comunidades complexas de vida. Essas aberturas expelem fluidos escaldantes na água do mar extremamente fria, criando as forças químicas necessárias para que os pequenos organismos que habitam esse ambiente extremo vivam.
Em um estudo publicado recentemente, os biogeocientistas Jeffrey Dick e Everett Shock determinaram que ambientes hidrotermais específicos do fundo do mar fornecem um habitat único onde certos organismos podem prosperar. Ao fazer isso, eles abriram novas possibilidades para a vida no escuro no fundo dos oceanos da Terra, bem como em todo o sistema solar. Seus resultados foram publicados no Journal of Geophysical Research: Biogeosciences.
Em terra, quando os organismos obtêm energia dos alimentos que comem, eles o fazem por meio de um processo denominado respiração celular, onde ocorre a entrada de oxigênio e a liberação de dióxido de carbono. Biologicamente falando, as moléculas em nossos alimentos são instáveis na presença de oxigênio, e é essa instabilidade que nossas células aproveitam para crescer e se reproduzir, um processo chamado biossíntese.
Mas, para os organismos que vivem no fundo do mar, as condições de vida são dramaticamente diferentes.
“Em terra, na atmosfera rica em oxigênio da Terra, é familiar para muitas pessoas que fazer as moléculas de vida requer energia”, disse o co-autor da Escola de Exploração Terrestre e Espacial da Universidade Estadual do Arizona e da Escola de Ciências Moleculares. . “Em um contraste impressionante, em torno das fontes hidrotermais no fundo do mar, os fluidos quentes se misturam com a água do mar extremamente fria para produzir condições nas quais formar as moléculas de vida libera energia.”
Em ecossistemas microbianos de alto mar, os organismos prosperam perto de fontes onde o fluido hidrotérmico se mistura com a água do mar ambiente. Pesquisas anteriores lideradas por Shock descobriram que a biossíntese de blocos básicos de construção celular, como aminoácidos e açúcares, é particularmente favorável em áreas onde as aberturas são compostas de rocha ultramáfica (rochas ígneas e meta-ígneas com teor de sílica muito baixo), porque estas as rochas produzem mais hidrogênio.
Além de blocos de construção básicos como aminoácidos e açúcares, as células precisam formar moléculas maiores, ou polímeros, também conhecidos como biomacromoléculas. As proteínas são as mais abundantes dessas moléculas nas células, e a própria reação de polimerização (onde pequenas moléculas se combinam para produzir uma biomolécula maior) requer energia em quase todos os ambientes concebíveis.
“Em outras palavras, onde há vida, há água, mas a água precisa ser retirada do sistema para que a polimerização se torne favorável”, disse o autor principal Dick, que era um pós-doutorando na ASU quando esta pesquisa começou e quem é atualmente é pesquisador de geoquímica na Escola de Geociências e Info-Física da Central South University em Changsha, China. “Portanto, existem dois fluxos de energia opostos: a liberação de energia pela biossíntese de blocos de construção básicos e a energia necessária para a polimerização.”
O que Dick e Shock queriam saber é o que acontece quando você as soma: você obtém proteínas cuja síntese geral é realmente favorável na zona de mistura?
Eles abordaram esse problema usando uma combinação única de teoria e dados.
Do lado teórico, eles usaram um modelo termodinâmico para as proteínas, denominado “aditividade de grupo”, que contabiliza os aminoácidos específicos nas sequências de proteínas, bem como as energias de polimerização. Para os dados, eles usaram todas as sequências de proteínas em todo o genoma de um organismo de ventilação bem estudado chamado Methanocaldococcus jannaschii.
Executando os cálculos, eles foram capazes de mostrar que a síntese geral de quase todas as proteínas do genoma libera energia na zona de mistura de uma abertura hospedada por ultramáficos na temperatura onde este organismo cresce mais rápido, em torno de 185 graus Fahrenheit ( 85 Celsius). Em contraste, em um sistema de ventilação diferente que produz menos hidrogênio (um sistema hospedado em basalto), a síntese de proteínas não é favorável.
“Esta descoberta fornece uma nova perspectiva não apenas sobre bioquímica, mas também ecologia, porque sugere que certos grupos de organismos são inerentemente mais favorecidos em ambientes hidrotermais específicos”, disse Dick. “Estudos de ecologia microbiana descobriram que os metanógenos, dos quais Methanocaldococcus jannaschii é um representante, são mais abundantes em sistemas de ventilação hospedados em ultramáficos do que em sistemas hospedados em basalto. A energética favorável da síntese de proteínas em sistemas hospedados em ultramáficos são consistentes com essa distribuição. ”
Para as próximas etapas, Dick e Shock estão procurando maneiras de usar esses cálculos energéticos na árvore da vida, que eles esperam fornecer uma ligação mais firme entre a geoquímica e a evolução do genoma.
“À medida que exploramos, somos lembrados repetidamente de que nunca devemos comparar o lugar onde vivemos com o que é habitável para a vida”, disse Shock.
Publicado em 24/11/2021 11h18
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