Cientistas da Universidade do Texas em Austin publicaram na revista Nature uma descoberta que esclarece como a vida complexa surgiu a partir da simbiose entre micróbios. Eles identificaram que certas archaea Asgard, consideradas ancestrais próximas dos eucariotos, possuem vias metabólicas que utilizam oxigênio, mesmo vivendo em ambientes com oxigênio presente. Essa capacidade resolve o paradoxo de como um hospedeiro anaeróbico poderia se unir a uma bactéria aeróbica que se tornou a mitocôndria.
A pesquisa ampliou drasticamente o conhecimento sobre a diversidade genética das Asgard archaea. A equipe recuperou centenas de novos genomas a partir de DNA ambiental coletado em sedimentos marinhos e na coluna d’água. Esses dados mostraram que linhagens mais próximas dos eucariotos, como as Heimdallarchaeia, codificam proteínas para respiração aeróbica e proteção contra danos oxidativos.
A análise comparativa de estruturas proteicas, realizada com auxílio de inteligência artificial, confirmou semelhanças entre proteínas dessas archaea e as de células eucarióticas modernas. Os resultados indicam que o ancestral comum já explorava oxigênio antes da fusão simbiótica. Essa adaptação ofereceu vantagens energéticas que permitiram o desenvolvimento de estruturas celulares complexas.
Expansão da diversidade genética conhecida
A equipe reuniu mais de 13 mil genomas microbianos novos a partir de amostras de expedições oceânicas. O processamento envolveu cerca de 15 terabytes de sequenciamento de DNA ambiental.
Os pesquisadores identificaram 136 genomas adicionais de Heimdallarchaeia. Essa ampliação quase dobrou o catálogo genético do grupo Asgardarchaeota.
As análises filogenéticas posicionaram Heimdallarchaeia como o ramo mais próximo dos eucariotos. Elas apresentam maior número de genes relacionados ao metabolismo aeróbico.
Ambientes oxigenados predominam em linhagens próximas
Heimdallarchaeia ocorre com frequência em sedimentos costeiros rasos e na coluna d’água oceânica. Esses habitats apresentam oxigênio dissolvido em níveis variáveis.
A maioria das outras Asgard archaea vive em zonas profundas e anóxicas do oceano. A distribuição diferencial sugere adaptação evolutiva ao aumento de oxigênio na atmosfera primitiva.
Vantagens metabólicas do oxigênio
O uso de oxigênio na respiração celular gera muito mais ATP do que processos anaeróbicos. Essa eficiência energética foi crucial para a transição à complexidade celular.
Proteínas identificadas em Heimdallarchaeia incluem componentes de complexos da cadeia transportadora de elétrons. Elas se assemelham às encontradas em mitocôndrias eucarióticas.
A presença de enzimas para biossíntese de heme e detoxificação de espécies reativas de oxigênio reforça a capacidade aeróbica ancestral. Esses mecanismos protegiam as células durante o Grande Evento de Oxidação.
Simbiose entre Asgard e alfaproteobactéria
O modelo atual descreve a origem eucariótica como resultado da endosimbiose entre uma arqueia Asgard e uma alfaproteobactéria. A bactéria evoluiu para mitocôndria, permitindo produção energética eficiente.
A descoberta indica que o hospedeiro Asgard já possuía vias aeróbicas parciais. Essa pré-adaptação facilitou a integração e o controle da simbionte.
Contexto temporal do surgimento eucariótico
O Grande Evento de Oxidação elevou os níveis atmosféricos de oxigênio há cerca de 2,4 bilhões de anos. Microfósseis eucarióticos aparecem no registro fóssil pouco depois desse aumento.
A coincidência temporal apoia a hipótese de que o oxigênio impulsionou a evolução da complexidade. Asgard archaea adaptadas ao oxigênio se encaixam nesse cenário evolutivo.
Uso de AlphaFold para análise proteica
A ferramenta AlphaFold2 previu estruturas tridimensionais de proteínas Heimdallarchaeia. As comparações revelaram alta similaridade com proteínas eucarióticas do metabolismo oxidativo.
Componentes como subunidades do Complexo I e hidrogenases de membrana apresentaram configurações conservadas. Essas estruturas aumentam a eficiência na geração de força motriz de prótons.
O estudo contou com colaborações internacionais e apoio de fundações científicas. Os achados expandem o entendimento da transição procarioto-eucarioto.
- Heimdallarchaeia codifica biossíntese de heme
- Possui mecanismos de defesa contra ROS
- Apresenta complexos semelhantes ao III e IV mitocondrial
- Ocorre preferencialmente em nichos oxigenados