Oxigênio pode ser a chave para origem da vida complexa na Terra

Há bilhões de anos, quando a atmosfera terrestre começou a se encher de oxigênio, algo extraordinário aconteceu — e os cientistas estão finalmente começando a entender o quê. Um novo estudo publicado em fevereiro na revista Nature sugere que micróbios ancestrais chamados arqueas Asgard não apenas sobreviveram a esse ambiente hostil, mas aprenderam a prosperar nele, abrindo caminho para o surgimento de toda a vida complexa que conhecemos hoje.

Os humanos, assim como plantas, fungos e animais, somos eucariotos — organismos cujas células possuem um núcleo bem definido contendo DNA e estruturas especializadas como as mitocôndrias, que convertem nutrientes em energia. Essa característica fundamental nos separa de micróbios muito mais simples. Mas durante bilhões de anos, esse mistério permaneceu: como exatamente micróbios simples evoluíram para criar a vida complexa? A resposta, suspeitam os pesquisadores, está enraizada no oxigênio.

Entre 2,4 bilhões e 2,1 bilhões de anos atrás, um evento chamado Grande Oxidação transformou a atmosfera terrestre. Os níveis de oxigênio dispararam. Alguns séculos de milhares de anos depois, os primeiros sinais identificáveis de eucariotos apareceram no registro fóssil — um padrão que sugeriu fortemente que o oxigênio era essencial para a evolução da vida complexa. Cientistas há muito acreditam que os eucariotos surgiram da fusão de dois tipos diferentes de micróbios. Mas havia um problema desconcertante: um desses micróbios, a arquea Asgard, só tinha sido encontrado em ambientes com muito pouco oxigênio, como as fontes hidrotermais no fundo do oceano. Como poderiam esses micróbios ter se encontrado e se combinado com organismos que precisavam de oxigênio para viver, se viviam em mundos tão diferentes?

A resposta veio de uma investigação cuidadosa dos genomas de Asgard. Pesquisadores liderados por Brett Baker, professor associado de ciências marinhas e biologia integrativa da Universidade do Texas em Austin, descobriram linhagens até então desconhecidas desses micróbios em sedimentos costeiros rasos — e algumas delas pareciam ser capazes de tolerar e até utilizar oxigênio. "O fato de alguns dos Asgardianos, que são nossos ancestrais, terem sido capazes de usar oxigênio se encaixa muito bem nisso", disse Baker. "O oxigênio surgiu no ambiente e os Asgardianos se adaptaram a ele. Eles descobriram uma vantagem energética em usar oxigênio e, então, evoluíram para eucariotos."

Para chegar a essa conclusão, Baker e seus colegas realizaram sequenciamento de DNA em larga escala a partir de amostras coletadas em fontes hidrotermais profundas e em áreas costeiras rasas. Conseguiram reunir centenas de genomas nunca antes descritos e construir uma árvore genealógica para os micróbios de Asgard, comparando suas similaridades e diferenças genéticas. Grupos de proteínas completamente novos foram descobertos durante esse processo. Quando os pesquisadores compararam essas proteínas com aquelas que os eucariotos usam para processar oxigênio e gerar energia, encontraram semelhanças notáveis. Um modelo de inteligência artificial ajudou a equipe a entender como essas proteínas poderiam se dobrar em diferentes estruturas, revelando como funcionavam. Os dados sugeriam que pelo menos alguns Asgards antigos poderiam ter sido tolerantes ao oxigênio.

Essa descoberta reescreve a história que os cientistas contavam sobre nossas origens. Durante anos, acreditava-se que o ancestral microbiano da vida complexa era uma célula simples que vivia em ambientes sem oxigênio. Essa célula teria se adaptado para usar oxigênio apenas depois de se combinar com uma bactéria, um processo que eventualmente levou ao surgimento das mitocôndrias em nossas células. Mas as novas descobertas sugerem algo diferente: os Asgard podem já ter se adaptado para processar oxigênio antes dessa fusão acontecer. Essa tolerância prévia ao oxigênio teria colocado os Asgard em ambientes onde o oxigênio estava presente, facilitando seu encontro e fusão com bactérias. "A transição para a vida complexa não exigiu a inovação do metabolismo do oxigênio do zero — os componentes básicos já existiam", escreveu Burak Avci, professor assistente de microbiologia da Universidade de Aarhus, na Dinamarca.

Mas os pesquisadores reconhecem que ainda há muito a aprender. Os Asgards modernos provavelmente mudaram e se adaptaram ao longo de bilhões de anos, e há uma lacuna temporal evolutiva significativa entre os representantes vivos que estudamos e o evento antigo que ocorreu há quase 2 bilhões de anos. Os autores do estudo observam que são necessárias mais evidências para confirmar biologicamente as previsões genéticas — especialmente ao tentar determinar as capacidades exatas dos antigos Asgards. Baker tem esperança de que nos próximos cinco a dez anos, os cientistas consigam cultivar micróbios Asgard em laboratório e observar sua evolução em tempo real à medida que se transformam em células eucarióticas, um processo conhecido como eucariogênese. "Não há razão para pensar que isso tenha acontecido apenas uma vez, há 2 bilhões de anos", disse Baker. Entender como a vida complexa surgiu não é apenas uma questão acadêmica — é a chave para compreender por que estamos aqui.