Hot Springs do Japão seguram pistas para as origens da vida na terra
A Terra nem sempre era o mundo azul-esverdeado que conhecemos hoje: os níveis de oxigênio do início da Terra foram cerca de um milhão de vezes mais baixos do que agora experimentamos. Não havia florestas nem animais. Para organismos antigos, o oxigênio era tóxico. Como era a vida naquele momento? Um estudo recente liderado por Fatima Li-Hau (estudante de pós-graduação em Elsi na época da pesquisa), juntamente com o supervisor Professor Associado Shawn McGlynn (na época da pesquisa) do Instituto de Ciência da Vida da Vida da Terra (Elsi) no INSTITUTO DA SCIIMENTO DA SCIIMENTO DO Japão, explora essa pergunta por auros de fértilo em torno de Hotings, que Mimics Of Chemistry of Chemistryo, o Japão, explora essa pergunta por terra de pérolas que a Mimics de Mímica da Mímica da Mímica da Mímica da Míora da atmosfera. Suas descobertas sugerem que as primeiras comunidades microbianas usavam ferro junto com o oxigênio liberado por micróbios fotossintéticos, para energia, revelando um ecossistema de transição onde a vida transformou um resíduo de um organismo em uma nova fonte de energia antes que a fotossíntese se tornasse dominante.
O grande evento de oxigenação (GOE) ocorreu cerca de 2,3 bilhões de anos atrás e marcou a ascensão do oxigênio atmosférico, provavelmente desencadeado por cianobactérias verdes que usavam a luz solar para dividir a água, posteriormente convertendo o dióxido de carbono em oxigênio através da fotossíntese. O resultado é que a atmosfera atual é de cerca de 78% de nitrogênio e 21% de oxigênio, com apenas traços de outros gases, como metano e dióxido de carbono, que podem ter desempenhado um papel maior antes do aumento do oxigênio. O GOE mudou fundamentalmente o curso da vida na Terra. Essa alta quantidade de oxigênio nos permite respirar, mas também complica a vida por formas de vida antigas, que quase desconheciam do O2 molécula. Compreender como esses micróbios antigos adaptados à presença de oxigênio continua sendo uma questão importante.
Para responder a isso, a equipe estudou cinco fontes termais no Japão, ricas em químicas variadas de água. Essas cinco fontes (uma em Tóquio, duas em Akita e Aomori Prefeituras) são naturalmente ricas em ferro ferroso (Fe2+). Eles são raros no mundo rico em oxigênio de hoje porque o ferro ferroso reage rapidamente com oxigênio e se transforma em uma forma de ferro férrico insolúvel (Fe3+). Mas nessas fontes, a água ainda contém altos níveis de ferro ferroso, baixos níveis de oxigênio e pH quase neutro, condições que se assemelham a partes dos oceanos do início da Terra.
“Essas fontes termais ricas em ferro fornecem um laboratório natural exclusivo para estudar o metabolismo microbiano em condições iniciais do tipo Terra durante a transição tardia do arqueeiro para o início do proterozóico, marcado pelo grande evento de oxidação. Eles nos ajudam a entender como o eco-hamãs microbianos primitivos pode ter sido estruturado antes da ascensão de plantas, os animais ou a mgreja de oxilo atmosférico significativo” “
Em quatro das cinco fontes termais, a equipe encontrou bactérias microaerofílicas que oxidam o ferro como os micróbios dominantes. Esses organismos prosperam em condições de baixo oxigênio e usam o ferro ferroso como fonte de energia, convertendo-o em ferro férrico. As cianobactérias, conhecidas por produzir oxigênio através da fotossíntese, também estavam presentes, mas em números relativamente pequenos. A única exceção foi uma das fontes termais de Akita, onde os metabolismos não baseados em ferro eram surpreendentemente dominantes.
Usando a análise metagenômica, a equipe montou mais de 200 genomas microbianos de alta qualidade e os usou para analisar em detalhes as funções de micróbios na comunidade. Os mesmos micróbios que acoplaram o metabolismo de ferro e oxigênio converteram um composto tóxico em uma fonte de energia e ajudaram a manter condições que permitiram que os anaeróbios sensíveis ao oxigênio persistissem. Essas comunidades realizaram processos biológicos essenciais, como ciclagem de carbono e nitrogênio, e os pesquisadores também encontraram evidências de um ciclo parcial de enxofre, identificando genes envolvidos na oxidação de sulfeto e na assimilação do sulfato. Dado que as fontes termais continham muito pouco compostos de enxofre, essa foi uma descoberta surpreendente. Os pesquisadores propõem que isso possa indicar um ciclo de enxofre “enigmático”, onde os micróbios reciciam enxofre de maneiras complexas que ainda não são totalmente compreendidas.
“Apesar das diferenças na geoquímica e na composição microbiana entre os locais, nossos resultados mostram que, na presença de ferro ferroso e oxigênio limitado, comunidades de oxidantes de ferro microaerofílico, fototrófos oxigênicos e anaeróbios coexistem consistentemente e sustentam os ciclos biogeoquímicos completos e completos.
A pesquisa sugere uma mudança em nossa compreensão dos ecossistemas iniciais, mostrando que os micróbios podem ter aproveitado a energia da oxidação do ferro e o oxigênio produzido por fototróficos iniciais. O estudo propõe que, semelhante a essas fontes termais, os ecossistemas primeiros hospedados na Terra eram compostos por diversos micróbios, incluindo bactérias oxidantes a ferro, anaeróbios e cianobactérias que vivem um ao lado do outro e modulando concentrações de oxigênio.
“Este artigo expande nossa compreensão da função do ecossistema microbiano durante um período crucial na história da Terra, a transição de um oceano anóxico rico em ferro para uma biosfera oxigenada no início da GOE. Ao entender os ambientes analógicos modernos, dizemos uma visão detalhada dos potenciais metabólicos e da composição da comunidade relevante às condições analógicas iniciais”.
Juntos, essas idéias aprofundam nossa compreensão da evolução precoce da vida na Terra e têm implicações para a busca pela vida em outros planetas com condições geoquímicas semelhantes às do início da Terra.
Mais informações
Instituto de Ciência da Vida da Vida da Vida da Vida (Elsi) é um dos ambiciosos centros de pesquisa internacional de estreia mundial do Japão, cujo objetivo é alcançar o progresso em áreas científicas amplamente inter-disciplinares, inspirando as maiores mentes do mundo a vir ao Japão e colaborar com os problemas científicos mais desafiadores. O objetivo principal de Elsi é abordar a origem e a evolução da Terra e da vida.
Instituto de Science Tóquio (Science Tóquio) foi criado em 1º de outubro de 2024, após a fusão entre a Universidade Médica e Dental de Tóquio (TMDU) e o Instituto de Tecnologia de Tóquio (Tokyo Tech), com a missão de “avançar na ciência e bem -estar humano para criar valor e com a sociedade”.
Iniciativa World Premier International Research Center (WPI) foi lançado em 2007 pelo Ministério da Educação, Cultura, Esportes, Ciência e Tecnologia do Japão para promover centros de pesquisa globalmente visíveis, com os mais altos padrões e ambientes de pesquisa excelentes. Numerando mais de uma dúzia e operando em instituições em todo o país, esses centros recebem um alto grau de autonomia, permitindo que eles se envolvam em modos inovadores de gerenciamento e pesquisa. O programa é administrado pela Sociedade Japonesa para a Promoção da Ciência (JSPs).
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