Estudo do MIT descobre que os primeiros animais da Terra eram provavelmente antigas esponjas marinhas

Reportando no Anais da Academia Nacional de Ciênciasa equipe descreve a descoberta de “fósseis químicos” preservados em rochas com mais de 541 milhões de anos. Estes fósseis químicos são vestígios de moléculas biológicas outrora produzidas por organismos vivos e que mais tarde foram enterradas, alteradas e presas em sedimentos durante centenas de milhões de anos.

As moléculas recentemente identificadas pertencem a um grupo chamado esteranos, que são restos estáveis ​​de esteróis, como o colesterol, que fazem parte das membranas celulares da vida complexa. Ao analisar a sua estrutura, os cientistas associaram estes esteranos às demospongas, um importante grupo de esponjas marinhas. Hoje, as demospongas aparecem em muitas formas, tamanhos e cores e vivem nos oceanos do mundo como filtradores suaves. Seus parentes antigos eram provavelmente semelhantes por serem organismos marinhos de corpo mole.

“Não sabemos exatamente como seriam esses organismos naquela época, mas eles certamente teriam vivido no oceano, teriam corpo mole e presumimos que não tinham um esqueleto de sílica”, diz Roger Summons, professor emérito de geobiologia da Schlumberger no Departamento de Ciências da Terra, Atmosféricas e Planetárias (EAPS) do MIT.

A presença destas assinaturas químicas específicas da esponja reforça o argumento de que os ancestrais das demosponges estavam entre os primeiros animais a evoluir, emergindo bem antes da maioria dos outros grandes grupos de animais.

A equipe de pesquisa inclui a autora principal Lubna Shawar, ex-bolsista de pós-doutorado do MIT EAPS Crosby que agora é pesquisadora na Caltech, junto com Summons e colegas Gordon Love da Universidade da Califórnia em Riverside, Benjamin Uveges da Universidade Cornell, Alex Zumberge da GeoMark Research em Houston, Paco Cárdenas da Universidade de Uppsala na Suécia, e José Luis Giner da Faculdade de Ciências Ambientais e Florestais da Universidade Estadual de Nova York.

Revisitando uma descoberta de 2009 em rochas pré-cambrianas

Este trabalho baseia-se num estudo que o grupo publicou pela primeira vez em 2009. Nessa altura, analisaram rochas de um afloramento em Omã e detectaram uma concentração invulgarmente elevada de esteranos derivados de esteróis de 30 carbonos (C30). Estas raras moléculas de esteróides parecem originar-se de antigas esponjas marinhas.

As rochas datavam do Período Ediacarano, que durou cerca de 635 milhões a 541 milhões de anos atrás, pouco antes do Período Cambriano, quando a vida multicelular complexa se diversificou rapidamente. As descobertas anteriores sugeriam que as esponjas existiam muito antes da explosão cambriana e podem ter estado entre os primeiros animais do planeta.

Nem todos concordaram. Alguns pesquisadores propuseram que os esteranos C30 poderiam ter sido produzidos por outros organismos ou mesmo formados através de processos geológicos não biológicos.

O novo estudo acrescenta peso à hipótese da esponja. A equipe identificou outro fóssil químico distinto nas mesmas rochas pré-cambrianas que é altamente provável que tenha vindo de organismos vivos, e não apenas da química.

Esteróis raros e a busca pela vida animal precoce

Tal como nas suas investigações anteriores, os investigadores examinaram rochas da idade Ediacarana recolhidas em núcleos de perfuração e afloramentos em Omã, oeste da Índia e Sibéria. Eles procuraram esteranos, que são versões estáveis ​​de esteróis encontrados em todos os eucariotos (plantas, animais e qualquer organismo com núcleo e organelas ligadas à membrana).

“Você não é um eucarioto se não tiver esteróis ou lipídios de membrana comparáveis”, diz Summons.

Os esteróis compartilham uma estrutura central feita de quatro anéis de carbono conectados. Diferentes organismos modificam essa estrutura adicionando cadeias laterais de carbono e outros grupos químicos, dependendo dos genes que carregam. Nos seres humanos, o colesterol contém 27 átomos de carbono, enquanto os esteróis vegetais normalmente contêm 29.

“É muito incomum encontrar um esterol com 30 carbonos”, diz Shawar.

A pesquisa anterior identificou um esterol de 30 carbonos ligado a uma enzima específica codificada por um gene comum em demosponges. Na nova análise, a equipe percebeu que o mesmo gene também poderia produzir um esterol de 31 carbonos ainda mais raro (C31). Quando reexaminaram as suas amostras de rochas, detectaram esteranos C31 abundantes juntamente com as formas C30 previamente identificadas.

“Esses esteranos especiais estavam lá o tempo todo”, diz Shawar. “Foi preciso fazer as perguntas certas para procurá-los e realmente entender seu significado e de onde eles vêm.”

Testes laboratoriais confirmam origem biológica

Para confirmar a fonte, os cientistas estudaram demospongas vivas e descobriram que algumas espécies produzem esteróis C31, os precursores biológicos dos esteranos C31 preservados nas rochas. Eles então sintetizaram oito esteróis C31 diferentes em laboratório para servir como compostos de referência. Depois de submeter estas moléculas a condições que imitam o soterramento e a transformação geológica ao longo de milhões de anos, compararam os resultados com as amostras antigas.

Apenas dois dos oito esteróis sintetizados foram transformados em compostos correspondentes aos esteranos C31 encontrados nas rochas. A ausência dos outros seis produtos indica que as moléculas não foram criadas por reações químicas aleatórias no ambiente.

Juntas, as evidências da química das rochas, das esponjas modernas e dos experimentos de laboratório apoiam a conclusão de que os esteranos se originaram de organismos vivos. Esses organismos foram provavelmente os primeiros ancestrais das demospongas, que ainda hoje mantêm a capacidade de produzir compostos semelhantes.

“É uma combinação do que está na rocha, do que está na esponja e do que você pode fazer em um laboratório de química”, diz Summons. “Temos três linhas de evidência que concordam mutuamente e que apontam para que estas esponjas estejam entre os primeiros animais da Terra.”

“Neste estudo, mostramos como autenticar um biomarcador, verificando se um sinal realmente vem da vida, e não de contaminação ou de química não biológica”, acrescenta Shawar.

Expandindo a busca pelos primeiros animais

Agora que os esteróis C30 e C31 parecem ser indicadores fiáveis ​​de esponjas antigas, os investigadores planeiam examinar rochas de outras partes do mundo. Até agora, as amostras indicam que estas esponjas viveram durante o Período Ediacarano. Com material adicional, a equipe espera identificar com mais precisão quando alguns dos primeiros animais surgiram.

Esta pesquisa foi apoiada, em parte, pelo Fundo Crosby do MIT, pelo programa Distinguished Postdoctoral Fellowship, pela Simons Foundation Collaboration on the Origins of Life e pelo Programa de Exobiologia da NASA.