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Crédito: CC0 Public Domain
Resolvendo um mistério de décadas, os pesquisadores de Stanford descobriram proteínas que permitem que micróbios resistentes chamados archaea endurecem suas membranas quando as águas estão excessivamente quentes. A descoberta dessas proteínas pode ajudar os cientistas a reunir o estado do clima da Terra que remonta milhões de anos até quando essas arqueias estavam navegando nos oceanos antigos.
"As pessoas procuram essas proteínas há 40 anos", disse Paula Welander, professora associada de ciências do sistema terrestre na Escola de Ciências da Terra, Energia e Meio Ambiente (Stanford Earth) da Universidade de Stanford, e principal autora de um estudo que descreve a descoberta publicada. 7 de outubro em Anais da Academia Nacional de Ciências .
Com essa descoberta, os cientistas podem usar com mais precisão os lipídios - ou gorduras - encontrados nas membranas archaeais e preservados nos sedimentos do oceano para estimar a temperatura histórica do oceano, disse Welander.
Battening abaixo as escotilhas
Quando sob estresse, as arqueias fundem suas membranas celulares geralmente de camada dupla em uma única camada. Destruir as escotilhas dessa maneira firma as membranas, que, sendo na sua maioria feitas de gordura, podem ficar muito fracas quando a temperatura aumenta - como a manteiga deixada no balcão da cozinha.
Algumas archaea modificam ainda mais as estruturas que fundem suas camadas de membrana, adicionando peças em forma de anel que tornam as membranas ainda mais compactas e resistentes. Essas adaptações são úteis do ponto de vista da climatologia, uma vez que as estruturas de ligação à membrana - junto com esses conjuntos de anéis - são facilmente preservadas nos sedimentos marinhos. Examinando o número e o tipo de anéis, os cientistas climáticos podem medir a temperatura da água da superfície onde e quando essas archaea viveram. Essa técnica tem sido usada como evidência dos mares mais quentes da era jurássica, que remontam mais de 150 milhões de anos até o auge dos dinossauros.
Encontrar as proteínas envolvidas na construção dessas estruturas resolve algumas incertezas que os cientistas tiveram sobre inferir temperaturas antigas dos lipídios archaeais - o que eles chamam de proxies de temperatura e temperatura.
Os climatologistas presumiram que um único grupo de arqueias, os Thaumarchaeota, são responsáveis por produzir lipídios com anéis encontrados em oceanos abertos e que os adicionam em resposta às mudanças de temperatura da água. Porém, se outros fatores ambientais, como salinidade e acidez, desencadearem a produção de anéis em outros grupos archaeais marinhos, isso pode atrapalhar a maneira como eles leem os sinais de temperatura.
Segundo o novo estudo, os climatologistas podem respirar aliviados. Ao finalmente pregar as proteínas em jogo, os pesquisadores de Stanford mostram que a Thaumarchaeota é de fato a fonte dominante das estruturas de membrana portadora de anéis nas águas oceânicas, apoiando idéias anteriores de temperaturas da superfície do mar antigas.
"Com essas informações críticas agora em mãos, podemos começar a restringir parte da incerteza sobre esse proxy de temperatura e paleotecnia baseado em arqueias", disse Welander.
Prosseguindo as proteínas
Embora não tenham sido identificadas até o final da década de 1970, as arqueias foram reconhecidas como constituindo um terceiro domínio da vida totalmente novo, ao lado das bactérias e eucariotos mais familiares - organismos multicelulares, incluindo seres humanos. Embora as arqueias se assemelhem superficialmente às bactérias, as diferenças bioquímicas e reprodutivas testemunham sua singularidade. Muitas arqueias também são extremófilas, que prosperam em ambientes austeros, como fontes termais, onde outras vidas não podem sobreviver.
Para encontrar as proteínas que produziam anéis, a equipe de Stanford experimentou Sulfolobus acidocaldarius, uma das archaeas menos difíceis de cultivar e manipular em laboratório.
"Este organismo é uma das poucas archaea que tem um sistema genético onde podemos fazer o tipo de trabalho que gostamos de fazer", disse Welander.
Sua equipe partiu para descobrir quais proteínas permitiam que S. acidocaldarius anexasse anéis às suas estruturas que atravessam a membrana. Os pesquisadores primeiro descobriram três genes possíveis, examinando os genomas das arqueias que fazem e não constroem anéis. Eles então criaram mutantes no laboratório sem um, dois ou todos os três genes e, finalmente, dois desses genes provaram ser parte integrante das estruturas do anel.
Esses genes não apareceram em outro grupo de arqueias que compartilham ambientes marinhos com Thaumarchaeota e foram considerados como uma possível fonte adicional de estruturas em anel em amostras de sedimentos. Com essa contribuição descartada, as estimativas de temperatura do mar derivadas do proxy de temperatura e temperatura em questão parecem mais robustas.
Tornando global
Welander disse que os cientistas agora podem estender as descobertas da equipe de Stanford para regiões marinhas bem amostradas em todo o mundo. Sua equipe selecionou um conjunto de dados genéticos do norte do Oceano Pacífico e, portanto, apenas fala diretamente com esse bioma em particular. Outros conjuntos de dados do Oceano Atlântico e do Mar Mediterrâneo, por exemplo, devem revelar se Thaumarchaeota também é responsável por estabelecer os fósseis moleculares de interesse nessas áreas. Esses procuradores de temperatura moderada podem até ser estendidos para lagos e outros ambientes, disse Welander, abrindo ainda mais páginas nas crônicas climáticas da Terra.
Indo além dos aspectos climatológicos das descobertas, Welander observou que descobrir como as proteínas archaeais lidam com o trabalho arcano de fusão de membranas pode revelar uma nova bioquímica atraente para possíveis aplicações do mundo real, como descoberta de drogas e ciência de materiais.
"Os micróbios inventam todos os tipos de bioquímica estranha para fazer todos os tipos de reações estranhas", disse Welander. "Sempre que você pode expandir essa química do que é possível, é realmente emocionante apenas de uma perspectiva científica básica".
Mais informações: Zhirui Zeng el al., "As proteínas de ciclização GDGT identificam as fontes archaeais dominantes de lipídeos tetraéter no oceano", PNAS (2019). www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1909306116
Informações da revista: Anais da Academia Nacional de Ciências
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Hélio R.M. Cabral
(Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos da
Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).
Membro da Society for
Science and the Public (SSP) e assinante de conteúdos científicos da NASA
(National Aeronautics and Space Administration) e ESA (European Space Agency).
Participa
do projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao
Projeto CERES (Clouds and Earth´s Radiant Energy System) administrado pela
NASA. A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica
Brasileira (SAB), como astrônomo amador.
Participa também do projeto The Globe Program / NASA
Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o
objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela
NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela National Oceanic and Atmospheric
Administration (NOAA) e U.S Department of State.
e-mail: heliocabral@coseno.com.br
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