Cientistas despertam microrganismos retirados de sedimentos com mais de 100 milhões de anos

Em um impactante estudo publicado no periódico Nature Communications (1), pesquisadores Japoneses reportaram que conseguiram incubar e replicar em laboratório bactérias aeróbicas e anaeróbicas de sedimentos marinhos datados em mais de 101 milhões de anos atrás. Ainda é um mistério como esses organismos persistiram em sedimentos marinhos tão antigos e com tão pouca quantidade de energia e de nutrientes disponíveis, com a possibilidade de alguns deles estarem vivos e metabolicamente ativos desde o final do Cretáceo. 

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Sedimentos marinhos cobrem ~70% da superfície da Terra, e dão suporte para uma robusta população microbiana que engloba 12-45% da biomassa microbiana total ou ~0,6-2% da biomassa total sobre o nosso planeta. Em 2010, a Expedição 329 IODP (Programa Integrado de Perfuração Oceânica) recuperou numerosos núcleos de sedimentos 100 metros abaixo do solo oceânico e quase 6 mil metros abaixo da superfície oceânica. A área de extração está localizada no Giro do Pacífico Sul, e a expedição visou examinar a presença de vida e a habitabilidade nas regiões de mais baixa produtividade do oceano global.

Análises prévias das amostras sedimentares coletadas já haviam mostrado que apesar da baixa abundância, células microbianas estavam presentes ao longo de toda a sequência sedimentar e em todas as regiões de extração. A abundância desses microrganismos (2.2×10^2 a 5.5×10^6 células por centímetro cúbico) é uma a sete ordens de magnitude mais baixa do que a contagem na mesma profundidade em locais oceânicos mais favoráveis à vida. Oxigênio também estava presente em todas as amostras analisadas.

A presença de oxigênio (O2), nitrato (NO3-), fosfato (PO43-) e carbono inorgânico dissolvidos apontada ao longo da sequência sedimentar desde o solo oceânico até a base vulcânica indicou que a abundância e atividade celular não eram limitadas pela disponibilidade de aceptores de elétrons ou cruciais nutrientes inorgânicos dissolvidos. Uma célula precisa metabolizar uma certa quantidade de carbono relativa à sua própria massa antes que possa dobrar seu tamanho, se dividir ou mesmo sustentar um estado metabolicamente ativo (energia basal requerida). Considerando estequiometricamente a produção de nitratos nos sedimentos analisados e quantidade de oxigênio, os cientistas inferiram também que as células microbianas ali presentes consumiam oxigênio acoplado com a oxidação de matéria marinha orgânica a taxas extremamente baixas.

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Nesse sentido, no novo estudo, os pesquisadores resolveram investigar a ecofisiologia dos microrganismos que persistiram nesses habitats sedimentares. Para isso, eles usaram experimentos de incubação com substratos estáveis isótopo-baseados como marcadores das atividades microbianas anabólicas, presentes em amostras geologicamente jovens com até 13 milhões de anos de idade até amostras sedimentares datadas em até 101,5 milhões de anos, em um período onde os dinossauros ainda reinavam na superfície terrestre.

Os resultados mostraram que ao invés de serem vestígios fossilizados de vida, os microrganismos mostraram-se em grande parte apenas dormentes, e foram capazes de crescerem e se dividirem em meio à oferta de nutrientes do procedimento incubatório. Enquanto que a contagem de células era extremamente baixa no início (~100 a 3000), os micróbios aeróbicos nos sedimentos óxicos (presença de oxigênio) responderam rapidamente à injeção de substratos, aumentando o número total em 4 ordens de magnitude ou mais (>1 milhão de células por centímetro cúbico), e incorporando avidamente carbono e nitrogênio, dentro de 68 dias de incubação. A incorporação de nitrogênio se mostrou ~3 vezes mais rápida do que a incorporação de carbono. Por outro lado, micróbios anaeróbicos foram apenas minimamente revividos desses sedimentos óxicos.

O mais surpreendente: até 99,1% dos micróbios nos sedimentos depositados há mais de 101 milhões de anos estavam ainda vivos e prontos para abocanhar com voracidade carbono, oxigênio e nitrogênio. Considerando as análises bioquímicas prévias desses sedimentos, isso fortemente sugere que esses microrganismos estavam ali dormentes ou lentamente crescendo sem se dividirem, desde o Cretáceo Superior.

Como a oferta de nutrientes nos mais antigos sedimentos analisados era muito pequena, é improvável que esses microrganismos estavam se dividindo, mas, sim, crescendo lentamente e/ou reparando danos moleculares intra-celulares. Ou seja, de fato parecem possuir mais de 100 milhões de anos de idade! Cientistas estão tentando descobrir a possibilidade de existência de outra fonte não-reconhecível de energia nesses ambientes, como radioatividade, que possa dar suporte para um cenário de divisão muito lenta. Nesse último caso - até o momento, algo improvável -, os micróbios recuperados seriam descendentes distantes de ancestrais de vários milhões de anos atrás.

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Análises genéticas revelaram que esses micróbios pertenciam a mais de oito grupos bacterianos conhecidos, muitos dos quais comumente encontrados no ambiente oceânico atual. Os grupos dominantes incluíam Actinobacteria, Bacteroidetes, Firmicutes, Alphaproteobacteria, Betaproteobacteria, Gammaproteobacteria, e Deltaproteobacteria.

 

Ainda são incertos os mecanismos que permitem a sobrevivência desses microrganismos em ambientes com tão baixos fluxos de energia. Apesar da formação de esporos ser a primeira aposta, bactérias formadoras de esporos constituíam apenas uma pequena parte das comunidades bacterianas reveladas, variando de 0% até 12% de prevalência dependendo da amostra sedimentar analisada. Por exemplo, nos sedimentos mais antigos, apenas ~2,5% estavam relacionadas ao gênero Paenibacillus, uma bactéria mesofílica formadora de esporos.

O achado também possui implicações para a busca por vida fora da Terra, onde mesmo planetas que parecem inóspitos podem ainda assim suportar a presença de vida muito resistente como aquelas observadas no solo oceânico. Marte seria um exemplo nesse sentido.

(1) Publicação do estudo: Nature

Referência adicional: Science Magazine