Uma linha do tempo revisada da evolução bacteriana revelou que existia algumas bactérias aeróbicas antigas antes que o oxigênio se tornasse comum na atmosfera da Terra.
istock, Damian Paul
BActteria, entre as formas mais antigas da vida, viveu aparentemente em todos os habitats possíveis do planeta, desde trincheiras do oceano e montanhas a fontes termais e gelo polar. No entanto, eles deixaram um recorde fóssil limitado, impedindo os esforços dos cientistas para reunir sua linha do tempo evolutiva inicial.
“Há algo mais que acontece com os microorganismos”, disse Philip Hugenholtzum microbiologista da Universidade de Queensland. “Eles podem deixar um traço bioquímico na história da Terra por causa de seu metabolismo.”
Estudando assinaturas bioquímicas antigas, Hugenholtz e seus colaboradores construíram um linha do tempo da evolução bacteriana e adaptação de oxigênio.1 Suas descobertas, publicadas em Ciênciasugerem que algumas bactérias poderiam usar oxigênio milhões de anos antes de se tornar abundante na terra, reformulando nossa compreensão da evolução bacteriana.
“Este é um estudo brilhante”, disse Gaurav Sharmaum biólogo computacional e geneticista microbiano do Instituto Indiano de Tecnologia Hyderabad, que não esteve envolvido no estudo. “Dá uma perspectiva muito diferente, que não se conhecia agora.”
Para decifrar os genes que as bactérias antigas levariam, Hugenholtz e sua equipe usaram uma abordagem chamada reconciliação filogenética. Eles traçaram a história evolutiva de milhares de genes existentes contra a história do genoma de 1.000 espécies bacterianas existentes e inferiram os genomas de seus ancestrais. Eles então decidiram prever se esses organismos usavam oxigênio.
Os pesquisadores compilaram uma lista de genes encontrados nas bactérias aeróbicas e anaeróbicas modernas, que eles usaram para treinar um modelo de aprendizado de máquina para determinar o uso de oxigênio de um organismo com base em sua composição genética. Eles então aplicaram o modelo aos genomas ancestrais.
Seus modelos previam que a maioria das linhagens ancestrais era anaeróbica, consistente com registros geoquímicos, indicando que a atmosfera da Terra antiga era amplamente desprovida de oxigênio há cerca de 2,5 bilhões de anos. Os pesquisadores observaram que muitas bactérias antigas passaram para um estilo de vida aeróbico como o Grande evento de oxidação (Goe) ocorreu cerca de 2,3 bilhões de anos atrás.2 Este evento, desencadeado pela capacidade dos micróbios de fotossintetizar, levou a um aumento no oxigênio atmosférico. Bactérias antigas que nunca haviam encontrado oxigênio evoluíram para usá-lo ou se retiraram em ambientes livres de oxigênio no fundo do planeta.
No entanto, os pesquisadores observaram que pelo menos três linhagens bacterianas pareciam usar oxigênio desde 900 milhões de anos antes do GOE. “Foi uma grande surpresa”, disse Hugenholtz. “Nesse ponto, estávamos puxando nossos cabelos, porque (os resultados estão indo contra a sabedoria percebida, que é que, se você estiver fazendo oxigênio, isso impulsionará sua capacidade de usar oxigênio”, lembrou.
Os pesquisadores verificaram suas análises para descartar quaisquer erros. Quando tudo checou, eles entraram na literatura em busca de explicações por suas descobertas inesperadas. Eles desenterraram artigos da década de 1970, onde os pesquisadores tiveram hipotetizado Que micróbios antigos podem ter tido a capacidade de tolerar oxigênio antes do Goe.3 Hugenholtz e sua equipe argumentaram que essas linhagens poderiam ter sido expostas ao oxigênio produzido abioticamente, como através da fotólise da água.
Seus resultados também revisaram a linha do tempo da evolução bacteriana, sugerindo que o último ancestral bacteriano comum viveu entre 3,9 e 4,4 bilhões de anos atrás, em oposição a 3,5 a 3,8 bilhões de anos atrás, conforme indicado por Algumas análises.4 Isso ocorreu logo após um objeto do tamanho de Marte colidir com a Terra há cerca de 4,5 bilhões de anos, um evento cataclísmico que eliminou qualquer vida existente e formou a lua. “Isso significa que a inovação para fazer a vida pode acontecer em um tempo geologicamente curto, como alguns 100 milhões de anos”, disse Hugenholtz.
Este é o primeiro estudo a mostrar que um grupo de organismos já carregava genes para o uso de oxigênio antes do evento de oxigenação, disse Sharma. Ele acrescentou que a análise de uma gama mais ampla de genomas poderia fornecer uma melhor resolução da linha do tempo evolutiva. “Temos mais de 100.000 genomas (disponíveis).”
“Eu gostaria de ver (o estudo) repetido em um conjunto de dados maior”, concordou Hugenholtz. No entanto, ele acredita que o estudo deles oferece uma estrutura para mapear histórias evolutivas de outros organismos. “Agora, acho que realmente ficaremos muito melhores e detalhados de como a vida e o metabolismo evoluíram neste planeta.”