Duas formas de vida se fundem em um organismo: O evento único que deu origem às plantas terrestres aconteceu novamente

Um evento que só se sabe ter acontecido três vezes antes na história da vida na Terra acaba de ser documentado novamente. Uma bactéria marinha foi incorporada ao seu organismo hospedeiro de algas, co-evoluindo com ele por tempo suficiente para agora ser considerada uma organela, parte da maquinaria celular da alga. Isso significa que estas algas são os primeiros eucariontes (organismos com o seu ADN num núcleo ligado a uma membrana) conhecidos por conterem uma organela capaz de fixar nitrogênio.

“A primeira vez que pensamos que isso aconteceu, deu origem a toda a vida complexa”, disse Tyler Coale, pesquisador de pós-doutorado na Universidade da Califórnia, em Santa Cruz, que liderou a pesquisa em um dos dois estudos recentes que descobriram o fenômeno.

“Tudo o que é mais complicado do que uma célula bacteriana deve a sua existência a esse acontecimento. Há cerca de um bilhão de anos, aconteceu novamente com o cloroplasto, e isso nos deu plantas.”

Uma imagem que mostra como as algas pareciam em diferentes estágios usando tomografia de raios X ( Valentina Loconte/Berkeley Lab )

Uma imagem que mostra como as algas pareciam em diferentes estágios usando tomografia de raios X ( Valentina Loconte/Berkeley Lab )

O processo envolve as algas engolindo a bactéria e fornecendo-lhe nutrientes, energia e proteção em troca de funções que ela não poderia desempenhar anteriormente – neste caso, a capacidade de “fixar” o nitrogênio do ar.

As algas então incorporam a bactéria como um órgão interno chamado organela, que se torna vital para a capacidade de funcionamento do hospedeiro.

Os investigadores dos EUA e do Japão que fizeram a descoberta afirmaram que esta irá oferecer novas perspectivas sobre o processo de evolução, ao mesmo tempo que possui o potencial para mudar fundamentalmente a 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 o Dr. Coale.

Os artigos que detalham a pesquisa foram publicados nas revistas científicas Science e Cell.

Os cientistas envolvidos vieram do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), da Universidade de Rhode Island, da Universidade da Califórnia, São Francisco, da UC Santa Cruz, do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, do Instituto de Ciências del Mar em Barcelona, ​​da National Taiwan Ocean University. e a Universidade de Kochi, no Japão.

A equipe de Zehr nomeou a bactéria UCYN-A. Enquanto isso, no Japão, a paleontóloga Kyoko Hagino estava trabalhando no cultivo de uma alga marinha que viria a ser seu organismo hospedeiro.

Com o passar dos anos, a ligação entre os dois organismos ficou mais clara para os cientistas. Mas recentemente, foram levados à conclusão de que a UCYN-A não está apenas numa relação íntima com a sua alga hospedeira – agora co-evoluíram até ao ponto em que a UCYN-A faz parte da própria célula da alga, tornando-se uma organela.

(A) Imagem SEM de uma célula de B. bigelowii cercada por 12 pentálitos (offshore Tomari, 17 de junho de 2012). Um pentálito (escala calcária das Braarudosphaeraceae) indicado pelo pentágono aberto azul consiste em cinco segmentos trapezoidais. A seta preta indica o 'comprimento lateral do pentálito' onde as medições foram realizadas. (B). Imagem SEM do pentálito de B. bigelowii (lado proximal) (offshore Tomari, 17 de junho de 2012). (C) Close da face proximal de um pentálito (Fig. 1B) mostrando estrutura laminar. (D) imagem LM do espécime TMR-scBb-1 (E) imagem LM do espécime TMR-scBb-7. (F) imagem LM do espécime TMR-scBb-8.Crédito da imagem: Hagino et al, PLOS ONE 2013 ( CC BY 3.0 )

(A) Imagem SEM de uma célula de B. bigelowii cercada por 12 pentálitos (offshore Tomari, 17 de junho de 2012). Um pentálito (escala calcária das Braarudosphaeraceae) indicado pelo pentágono aberto azul consiste em cinco segmentos trapezoidais. A seta preta indica o ‘comprimento lateral do pentálito’ onde as medições foram realizadas. (B). Imagem SEM do pentálito de B. bigelowii (lado proximal) (offshore Tomari, 17 de junho de 2012). (C) Close da face proximal de um pentálito (Fig. 1B) mostrando estrutura laminar. (D) imagem LM do espécime TMR-scBb-1 (E) imagem LM do espécime TMR-scBb-7. (F) imagem LM do espécime TMR-scBb-8. Crédito da imagem: Hagino et al, PLOS ONE 2013 ( CC BY 3.0 )

Em dois novos artigos, equipas internacionais de investigadores expõem as suas evidências. 

O primeiro, publicado em março de 2024, demonstrou que UCYN-A e seus hospedeiros, espécies da alga Braarudosphaera bigelowii , apresentam proporções de tamanho semelhantes, indicando que seus metabolismos estão interligados.

“Isso é exatamente o que acontece com as organelas”, disse Zehr. “Se você olhar para as mitocôndrias e o cloroplasto, é a mesma coisa: eles crescem com a célula.”

O carimbo veio com o segundo artigo, que apresentava evidências de que a UCYN-A importava proteínas de suas células hospedeiras, uma marca registrada do desenvolvimento de organelas.

“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”, explicou Zehr.

Através da análise proteômica, Coale confirmou que muitas das proteínas das quais a UCYN-A depende para funcionar adequadamente são produzidas no hospedeiro da alga e importadas. Zehr o descreveu como “uma espécie de quebra-cabeça mágico que realmente se encaixa e funciona”.

A organela recém-descoberta foi chamada de “nitroplasto”. Em contraste com as mitocôndrias e os cloroplastos mais antigos, os cientistas dataram a sua evolução em cerca de 100 milhões de anos atrás. Já nos dá uma ideia de como a fixação de azoto tem impacto nos ecossistemas oceânicos e pode ter implicações também na agricultura em terra firme.

“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”, explicou Coale.

Zehr avalia que o UCYN-A não é o único desse tipo, mas é o primeiro a ser encontrado. E estamos dispostos a apostar que isso ocupará os investigadores durante os próximos 30 anos e mais além.

 

 

Fonte: iflscience

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