A VIDA PROSPEROU NA TERRA 3,5 BILHÕES DE ANOS ATRÁS, A PESQUISA SUGERE.

Três bilhões e meio de anos atrás, a Terra sediou a vida, mas foi apenas sobrevivendo ou prosperando? Um novo estudo realizado por uma equipe multi-institucional com liderança, incluindo o Earth-Life Science Institute (ELSI) do Instituto de Tecnologia de Tóquio (Tokyo Tech), fornece novas respostas a essa pergunta. O metabolismo microbiano é registrado em bilhões de anos em razões de isótopos de enxofre que concordam com as previsões deste estudo, sugerindo um impulso de vida nos antigos oceanos. Usando esses dados, os cientistas podem vincular mais profundamente o registro geoquímico aos estados celulares e à ecologia.

Imagem de microscopia eletrônica de células microbianas que respiram sulfato. Crédito: Guy Perkins e Mark Ellisman, Centro Nacional de Microscopia e Pesquisa de Imagens.

Os cientistas querem saber a quanto tempo a vida existe na Terra. Se existe há quase tanto tempo quanto o planeta, isso sugere que é fácil para a vida se originar e a vida deve ser comum no Universo. Se levar muito tempo para se originar, isso sugere que havia condições muito especiais que precisavam ocorrer. Os dinossauros, cujos ossos são apresentados em museus ao redor do mundo, foram precedidos em bilhões de anos por microrganimos. Embora os microrganimos tenham deixado alguma evidência física de sua presença no antigo registro geológico, eles não fossilizam bem, assim os cientistas usam outros métodos para entender se a vida estava presente no registro geológico.

Atualmente, a evidência mais antiga da vida microbiana na Terra nos chega na forma de isótopos estáveis. Os elementos químicos na tabela periódica são definidos pelo número de prótons em seus núcleos, por exemplo, os átomos de hidrogênio têm um próton, os átomos de hélio têm dois, os átomos de carbono contêm seis. Além dos prótons, a maioria dos núcleos atômicos também contém nêutrons, que são tão pesados ​​quanto os prótons, mas que não possuem carga elétrica. Átomos que contêm o mesmo número de prótons, mas números variáveis ​​de nêutrons são conhecidos como isótopos. Enquanto muitos isótopos são radioativos e, portanto, decaem em outros elementos, alguns não sofrem tais reações; estes são conhecidos como isótopos “estáveis”. Por exemplo, os isótopos estáveis ​​do carbono incluem o carbono 12 (escrito como 12C para abreviar, com 6 prótons e 6 nêutrons) e carbono 13 (13C, com 6 prótons e 7 nêutrons)

Todas as coisas vivas, incluindo os humanos, “comem e excretam”. Ou seja, eles absorvem alimentos e expelem resíduos. Microrganismos geralmente comem compostos simples disponibilizados pelo meio ambiente. Por exemplo, alguns são capazes de absorver o dióxido de carbono (CO2) como uma fonte de carbono para construir suas próprias células. Naturalmente ocorrendo o CO2 tem uma proporção relativamente constante de 12C a 13C. No entanto, 12CO2 é cerca de 2% mais leve do que o 13CO2, então as moléculas de 12CO2 se difundem e reagem ligeiramente mais rápido, e assim os próprios microrganismos se tornam “isotopicamente leves”, contendo mais 12C do que 13C, e quando morrem e deixam seus restos no registro fóssil, sua assinatura isotópica estável permanece e é mensurável. A composição isotópica, ou “assinatura”, de tais processos pode ser muito específica para os microrganismos que os produzem.

Além do carbono, existem outros elementos químicos essenciais para os seres vivos. Por exemplo, o enxofre, com 16 prótons, possui três isótopos estáveis ​​naturalmente abundantes, 32S (com 16 neutrons), 33S (com 17 neutrons) e 34S (com 18 neutrons). Os padrões de isótopos de enxofre deixados por microrganismos registram, assim, a história do metabolismo biológico baseado em compostos contendo enxofre, a cerca de 3,5 bilhões de anos atrás. Centenas de estudos anteriores examinaram grandes variações nas antigas e contemporâneas proporções de isótopos de enxofre resultantes do metabolismo do sulfato (um composto natural de enxofre ligado a quatro átomos de oxigênio). Muitos microrganismos são capazes de usar sulfato como combustível e, no processo, excretam sulfeto, outro composto de enxofre. O “desperdício” de sulfeto do antigo metabolismo microbiano é então armazenado no registro geológico.

Este novo estudo revela um passo do controle biológico primário no metabolismo de enxofre microbiano, e esclarece quais estados celulares levam a quais tipos de fracionamento de isótopos de enxofre. Isso permite que os cientistas liguem o metabolismo a isótopos: sabendo como o metabolismo altera as proporções de isótopos estáveis, os cientistas podem prever que os organismos de assinatura isotópica devam deixar para trás. Este estudo fornece algumas das primeiras informações sobre o quão robusta a vida antiga estava metabolizando. O metabolismo do sulfato microbiano é registrado em mais de 3 bilhões de anos por isótopos de enxofre que estão de acordo com as previsões deste estudo, que sugerem que a vida estava de fato prosperando nos oceanos antigos. Este trabalho abre um novo campo de pesquisa, que o professor associado da ELSI, Shawn McGlynn, chama de “enzimologia evolutiva e isotópica”. Usando este tipo de dados, os cientistas podem agora agora avançar para outros elementos, como o carbono e nitrogênio, e mais completamente ligar o registro geoquímico com estados celulares e ecologia através de uma compreensão da evolução das enzimas e da história da Terra.

Jornal Referência: Min Sub Sim, Hideaki Ogata, Wolfgang Lubitz, Jess F. Adkins, Alex L. Sessions, Victoria J. Orphan, Shawn E. McGlynn. Role of APS reductase in biogeochemical sulfur isotope fractionationNature Communications, 2019; 10 (1) DOI: 10.1038/s41467-018-07878-4

Fonte: Science Daily

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