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Ciência26/01/2022

Descoberta atividade surpreendente entre organismos no fundo do mar

Amostras de sedimentos da biosfera profunda e quente do fundo do mar foram coletadas durante a expedição IODP 370 a bordo de um navio de perfuração científica japonesa. Crédito: Jamstec

26/01/22 - 08h24min

Desde a descoberta da biosfera do fundo do mar em meados da década de 1990, os cientistas estudaram as condições sob as quais os organismos prosperam nesse ambiente isolado e geralmente carente de alimentos e se perguntaram sobre quais condições estabelecem um limite para a existência de vida. Em 2016, um grupo de cientistas internacionais partiu para o mar a bordo do navio-sonda científico japonês Chikyu, para estudar o limite de temperatura da biosfera do fundo do mar. Amostras de sedimentos foram coletadas de um furo que corta a zona de subducção geológica da Fossa de Nankai, no Japão.

Neste local, a temperatura aumenta acentuadamente com a profundidade para atingir 120°C, uma temperatura sugerida perto do limite para a vida, a 1.200 metros abaixo do fundo do mar. Para sua surpresa, os cientistas encontraram uma comunidade microbiana muito pequena, mas muito ativa, prosperando nessas condições profundas e quentes.

Os cientistas determinaram o número de células no sedimento e mediram suas taxas metabólicas por medições de radiotraçador altamente sensíveis da produção de metano e redução de sulfato. Eles descobriram que as taxas metabólicas por célula eram extraordinariamente altas para a biosfera profunda. Novas descobertas sobre as amostras coletadas em 2016, publicadas na revista Nature Communications, estão lançando luz sobre as estratégias de sobrevivência dos organismos que vivem neste ambiente hostil.

Alta rotatividade metabólica

“Propomos que os organismos sejam forçados a manter uma alta rotatividade metabólica, que se aproxima da atividade de micróbios que vivem em sedimentos superficiais e em culturas de laboratório, para fornecer a energia necessária para reparar danos nas células térmicas”, disse Felix Beulig, da Universidade de Bayreuth (Alemanha), principal autor do estudo. “A energia necessária para reparar os danos térmicos aos componentes celulares aumenta acentuadamente com a temperatura, e a maior parte dessa energia é provavelmente necessária para neutralizar a alteração contínua dos aminoácidos e a perda da função das proteínas”, acrescentou a líder do estudo, Tina Treude, professora de geomicrobiologia marinha da Universidade da Califórnia em Los Angeles (UCLA, nos EUA).

Não é nada comum detectar atividade metabólica microbiana em sedimentos com menos de 500 células por centímetro cúbico de sedimento, o que é sete ordens de magnitude menor do que no sedimento médio da superfície. “Trabalhamos sob condições extremamente controladas e estéreis e realizamos um grande número de experimentos de controle simultaneamente com as incubações das amostras”, disse Florian Schubert, do Centro Alemão de Pesquisa em Geociências, que conduziu essas análises como parte de seu doutorado. “Nós até incubamos sedimentos esterilizados com alta radiação gama, bem como fluido de perfuração do furo, para detectar possíveis reações não biológicas ou atividade microbiana induzida por contaminação”, disse Jens Kallmeyer, mentor de Florian Schubert.

Como as determinações da taxa metabólica foram realizadas em condições de laboratório, permaneceu alguma incerteza se os micróbios mostrariam a mesma atividade metabólica em seu ambiente natural. Os cientistas, portanto, compararam as taxas de redução metabólica de sulfato medidas com o tempo de depleção calculado de sulfato dissolvido no sedimento profundo. “Dado que estamos comparando duas abordagens metodológicas muito diferentes que atuam em escalas de tempo de dias versus milhões de anos, a concordância entre a determinação experimental da taxa e o tempo de esgotamento calculado é gratificante”, disse Arthur Spivack, da Universidade de Rhode Island (EUA) e coautor do estudo.

Descoberta fascinante

A grande atividade por célula de redutores de sulfato e metanógenos no sedimento mais profundo e mais quente é aparentemente alimentada por hidrogênio e acetato da água dos poros do sedimento. “O acetato, que é uma pequena molécula orgânica que também está presente no vinagre, é de particular interesse como fonte potencial de alimento”, disse Verena Heuer, do Centro de Ciências Ambientais Marinhas (Marum, na Alemanha), cientista colíder da expedição. “O acetato atinge concentrações de mais de 10 mmol por litro na água dos poros do sedimento, o que é excepcionalmente alto para sedimentos marinhos.”

Para Bo Barker Jørgensen, da Universidade de Aarhus (Dinamarca), um dos pioneiros da pesquisa da biosfera profunda e coautor do estudo, a detecção de altas taxas específicas de células na biosfera profunda é uma descoberta fascinante. “Sempre descobrimos que os micróbios na biosfera profunda são uma comunidade extremamente lenta que mordisca lentamente os últimos restos de matéria orgânica enterrada de milhões de anos. Mas a biosfera profunda é cheia de surpresas. Encontrar vida próspera com altas taxas metabólicas a essas altas temperaturas no fundo do mar alimenta nossa imaginação de como a vida poderia evoluir ou sobreviver em ambientes semelhantes em corpos planetários além da Terra.”

Fumio Inagaki e Yuki Morono, da Agência Japonesa para Ciência e Tecnología Marítimo-Terrestres (Jamstec), foram os outros dois cientistas colíderes da expedição e responsáveis ​​pela detecção de células no sedimento. Quando perguntados sobre o que pensavam a respeito do fato de a expedição não ter detectado o limite superior de temperatura da biosfera profunda, ambos disseram: “Temos de voltar e perfurar mais fundo. Os limites finais da biosfera dentro da Terra permanecem desconhecidos. Como mostrado por este projeto, o limite reside em algum lugar na crosta oceânica abaixo dos sedimentos. Ele será explorado no futuro por meio de perfuração científica oceânica.”

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Arthur Spivack