Nossa crescente compreensão dos extremófilos aqui na Terra abriu novas possibilidades em astrobiologia. Os cientistas estão analisando novamente os mundos com poucos recursos que pareciam nunca conseguir sustentar a vida. Uma equipe de pesquisadores está estudando uma região pobre em nutrientes do México para tentar entender como os organismos prosperam em ambientes desafiadores.
Os pesquisadores trabalharam em uma região do México chamada Bacia de Cuatro Ciénegas. Cerca de 43 milhões de anos atrás, a bacia era um mar raso, até ficar isolada do Golfo do México. É uma região distinta porque é pobre em nutrientes e abriga micróbios aquáticos com ancestrais antigos.
O principal autor do novo estudo é Jordan Okei, da Escola de Exploração da Terra e do Espaço da Universidade Estadual do Arizona. O título do estudo é "As adaptações genômicas no processamento de informações sustentam a estratégia trófica em um experimento de enriquecimento de nutrientes em todo o ecossistema". É publicado na revista eLIFE.
O estudo concentra-se no genoma de um organismo e em aspectos fundamentais, como o tamanho do organismo, a maneira como codifica as informações e a densidade das informações. Os pesquisadores estudaram como essas características permitem que um organismo prospere em um ambiente extremo, como o da bacia de Cuatro Ciénegas. De certa forma, a bacia é um análogo para o início da Terra, ou Marte antigo e úmido.
"Esta área é tão pobre em nutrientes que muitos de seus ecossistemas são dominados por micróbios e podem ter semelhanças com os ecossistemas do início da Terra, bem como com os ambientes mais úmidos do passado em Marte que podem ter sustentado a vida", disse o autor principal Okie.
Há um custo para tudo o que um organismo faz, e os organismos fazem muitas trocas ao realizar seus negócios. Essas compensações afetam a eficiência do processamento de informações bioquímicas de um organismo. Um organismo que se adaptou e evoluiu em um ambiente pobre em nutrientes pode não ter “investido” na capacidade de usar grandes quantidades de recursos para se replicar.
Essa era a hipótese da equipe e eles criaram experimentos para investigá-la.
O professor associado Christopher Dupont, do J. Craig Venter Institute, é um autor sênior deste estudo. Em um comunicado à imprensa, Dupont disse: “Nós levantamos a hipótese de que os microorganismos encontrados em ambientes oligotróficos (com baixo teor de nutrientes) dependeriam, necessariamente, de estratégias de baixo recurso para replicação do DNA, transcrição do RNA e tradução de proteínas. Por outro lado, um ambiente copiotrófico (rico em nutrientes) favorece estratégias que consomem muitos recursos. ”
O experimento envolveu a criação do que é chamado de "mesocosmos", ecossistemas em miniatura. Os organismos foram então alimentados com níveis elevados de fertilizantes contendo nitrogênio e fósforo. Esses elementos estimularam o aumento do crescimento dos microrganismos dentro dos mesocosmos. No final do experimento, eles observaram como a comunidade de organismos respondeu ao aumento de nutrientes, em comparação com os grupos de controle.
Em seu estudo, os autores focaram em quatro características que governam a capacidade de um organismo processar informações biológicas em suas células:
- Multiplicidade de genes essenciais à biossíntese de proteínas: os copiotróficos, ou organismos adaptados a ambientes ricos em nutrientes, devem ter maior número de genes que contribuam para maiores taxas de crescimento. Mas há uma desvantagem: eles estão em desvantagem em ambientes com poucos nutrientes e suas taxas de replicação mais altas podem acabar reduzindo sua eficiência de crescimento.
- Tamanho do genoma: um organismo com um genoma menor precisa de menos recursos para replicar e possui um tamanho de célula menor. Esses organismos podem responder mais rapidamente a condições pobres em nutrientes após um tempo de abundância relativa de nutrientes.
- Teor de guanina e citosina: Guanina e citosina são bases nucleotídicas. Os cientistas não sabem exatamente por que, mas os organismos com altos níveis de GC em seu genoma provavelmente se saem melhor em ambientes ricos em recursos, talvez porque o GC seja mais "caro" de produzir. Portanto, organismos com menor conteúdo de GC podem se sair melhor em ambientes com poucos recursos.
- Viés de uso de códons: códons são sequências de trigêmeos de nucleotídeos de DNA ou RNA. Os códons especificam qual aminoácido adicionar em seguida durante a síntese de proteínas. Múltiplos códons diferentes podem codificar um aminoácido, mas em um ambiente rico em nutrientes, os códons que usam recursos mais rapidamente devem ser enviesados em relação aos seus homólogos.
Este estudo é diferente porque analisa todas essas quatro características, enquanto estudos anteriores se concentraram em apenas uma ou duas delas. Este estudo também analisa como essas características funcionam em uma comunidade, enquanto estudos anteriores adotaram abordagens diferentes. Como eles dizem em seu artigo: “Nosso estudo é digno de nota como um dos primeiros experimentos em todo o ecossistema a envolverreplicado no nível da experiência avaliações metagenômicas da resposta da comunidade. ”
"Este estudo é único e poderoso, porque pega idéias do estudo ecológico de grandes organismos e as aplica a comunidades microbianas em um experimento de todo o ecossistema".
Autor sênior Jim Elser, ASU School of Life Sciences
O experimento durou 32 dias e ocorreu no lago Lagunita, na bacia de Cuatro Ciénegas. Durante esse período, os pesquisadores realizaram monitoramento de campo, amostragem e química da água de rotina.
Os resultados foram condizentes com a hipótese: os mesocosmos foram dominados por organismos com maior capacidade de usar o aumento de nutrientes na replicação. Os grupos controle foram dominados por espécies que podiam processar informações biológicas a um custo reduzido.
"Este estudo é único e poderoso, porque pega idéias do estudo ecológico de grandes organismos e as aplica a comunidades microbianas em um experimento de todo o ecossistema", disse o autor sênior Jim Elser, da Escola de Ciências da Vida da ASU. “Ao fazer isso, fomos capazes, talvez pela primeira vez, de identificar e confirmar que existem características genéricas fundamentais associadas a respostas microbianas sistemáticas ao status de nutrientes do ecossistema, sem levar em consideração a identidade das espécies desses micróbios.”
Os resultados deste estudo nos dizem algo sobre como a vida pode funcionar em ambientes extremos e / ou pobres em nutrientes em outros mundos. Onde quer que um organismo esteja, ele deve ter recursos de processamento de informações biológicas aprimorados que possam tirar proveito dos principais recursos em seus ambientes. E os ambientes em que se encontrarem determinarão o que são.
"Isso é muito emocionante, pois sugere que existem regras da vida que geralmente devem ser aplicáveis à vida na Terra e além", disse Okie.
Mais:
- Comunicado de imprensa: Regras de vida: de um lago para o além
- Trabalho de pesquisa: Adaptações genômicas no processamento de informações sustentam a estratégia trófica em um experimento de enriquecimento de nutrientes em todo o ecossistema
- Pesquisa associada: Montagem da comunidade bacteriana baseada em genes funcionais em vez de espécies
