Um evento evolutivo que acontece uma vez a cada 1 bilhão de anos: a fusão de dois seres vivos
(newatlas.com)- Foi confirmado um caso em que a alga Braarudosphaera bigelowii abriga a cianobactéria UCYN-A dentro da célula e a utiliza como se fosse uma organela, chamando atenção como um raro caso em andamento de endossimbiose primária
- A endossimbiose primária é o processo em que um microrganismo engole outro e passa a utilizá-lo como uma estrutura interna, até que o simbionte perde a capacidade de sobreviver de forma independente e se torna uma organela celular
- Nos cerca de 4 bilhões de anos da história da vida na Terra, os únicos grandes casos conhecidos são a formação das mitocôndrias há cerca de 2,2 bilhões de anos e dos cloroplastos há cerca de 1,6 bilhão de anos, cada um marcando um ponto de virada na evolução da vida complexa e das plantas
- A UCYN-A é considerada uma organela chamada nitroplast porque sua proporção de tamanho, metabolismo e divisão celular estão integrados aos da alga hospedeira, e ela depende do hospedeiro para cerca de metade das proteínas de que precisa
- A pesquisa sobre o nitroplast pode abrir caminho para introduzir a capacidade de fixação de nitrogênio em plantas, tornando-se um alvo de estudo com potencial de melhorar culturas agrícolas no longo prazo
Endossimbiose primária observada novamente
- Cientistas confirmaram um caso em que um evento evolutivo de fusão entre dois seres vivos em um único organismo está em andamento
- Os envolvidos são a alga Braarudosphaera bigelowii e a cianobactéria UCYN-A
- A UCYN-A torna possível algo que a alga normalmente não consegue fazer
- Fixar diretamente o nitrogênio do ar
- Combinar o nitrogênio com outros elementos para formar compostos mais úteis
Como a endossimbiose vira uma organela
- A endossimbiose primária (primary endosymbiosis) é o fenômeno em que um microrganismo engole outro e passa a usá-lo como uma estrutura interna
- A célula hospedeira oferece ao simbionte vantagens como nutrientes, energia e proteção
- Com o tempo, o simbionte deixa de conseguir viver de forma independente e se estabelece como uma organela (organelle) dentro da célula microbiana
Mitocôndrias e cloroplastos: os pontos de virada anteriores
- Considera-se que, nos cerca de 4 bilhões de anos da história da vida na Terra, a endossimbiose primária conhecida ocorreu apenas duas vezes
- O primeiro caso aconteceu há cerca de 2,2 bilhões de anos
- Uma arqueia engoliu uma bactéria
- Essa bactéria se tornou a mitocôndria
- Especializadas na produção de energia, as mitocôndrias tornaram possível a evolução de formas de vida complexas
- O segundo caso aconteceu há cerca de 1,6 bilhão de anos
- Uma célula mais desenvolvida absorveu uma cianobactéria capaz de captar energia da luz solar
- Essa cianobactéria se tornou o cloroplasto
- Os cloroplastos deram às plantas a capacidade de aproveitar a luz solar e sua cor verde
Por que a associação entre B. bigelowii e UCYN-A é especial
- Plantas e algas normalmente obtêm nitrogênio por meio de relações simbióticas com bactérias separadas
- No início, acreditava-se que B. bigelowii também mantinha com a UCYN-A esse tipo de relação simbiótica separada
- Investigações mais detalhadas revelaram evidências de que a relação entre os dois seres vivos é muito mais íntima
Evidências de que a UCYN-A é um nitroplast
- Uma equipe de pesquisa confirmou que a proporção de tamanho entre a alga e a UCYN-A se mantém semelhante mesmo entre espécies relacionadas de algas
- O processo de crescimento parece ser regulado pela troca de nutrientes
- Isso é semelhante à forma como mitocôndrias e cloroplastos se ajustam ao tamanho celular
- Em um estudo posterior, os pesquisadores observaram o interior de células vivas de algas com uma poderosa técnica de imageamento por raios X
- A replicação e a divisão celular do hospedeiro e do simbionte estão sincronizadas
- Isso é mais uma evidência de que a endossimbiose primária está em funcionamento
- A equipe comparou proteínas da UCYN-A isolada com as da UCYN-A presente dentro das células da alga
- A UCYN-A isolada consegue produzir por conta própria apenas cerca de metade das proteínas de que precisa
- O restante precisa ser fornecido pela alga hospedeira
- Essa é uma característica típica da transição de um endossimbionte para uma organela
- A UCYN-A é considerada uma organela completa chamada nitroplast
- A evolução do nitroplast parece ter começado há cerca de 100 milhões de anos, um período muito curto em comparação com mitocôndrias e cloroplastos
Possibilidade de levar a fixação de nitrogênio às plantas
- Os pesquisadores pretendem continuar estudando se o nitroplast existe em outras células e que efeitos ele produz
- Um dos possíveis benefícios é oferecer uma nova via para introduzir a capacidade de fixação de nitrogênio em plantas
- Essa capacidade pode ser usada para cultivar safras melhores
- O estudo foi publicado na Cell00182-X.pdf) e na Science
1 comentários
Comentários do Hacker News
Estudei biologia no ensino médio por 3 anos e não sei por que nunca ouvi que a origem dessas capacidades incríveis veio de um organismo absorver outro
Aprendemos sobre mitocôndrias e cloroplastos, mas de um jeito bem seco
Se ensinassem também esse contexto, a educação básica poderia ficar muito mais interessante para as crianças
A teoria da origem endossimbiótica ainda estava tendo suas conexões esclarecidas até os anos 2000
https://www.nature.com/scitable/topicpage/the-origin-of-mito...
Mas, se eu perguntasse hoje aos meus colegas daquela época, acho que seria meio a meio a chance de lembrarem disso como conteúdo da aula
O mesmo vale para qualquer informação ensinada quando se aprende sobre organelas celulares, e talvez até para lembrarem da palavra organelas
Se perguntassem sem mostrar a reportagem, provavelmente ninguém conseguiria dizer nem mais ou menos quando esses eventos aconteceram
Ainda assim, acho que quase todo mundo daquela turma lembraria do meme de que a célula tem uma “usina de energia”
E também que, como nossas mitocôndrias vêm do óvulo, o DNA mitocondrial sempre vem das mitocôndrias da mãe
Ou então você pode ter jogado Parasite Eve [0]
[0] https://en.wikipedia.org/wiki/Parasite_Eve_(video_game)#Plot
O primeiro evento de simbiose foi um milhão de vezes mais difícil que o segundo ou o terceiro
No começo, o hospedeiro teve que lidar com a tarefa extremamente difícil de processar o DNA e o RNA gerados ao longo dos ciclos de vida e morte do simbionte
Para sobreviver, o hospedeiro precisou evoluir coisas como núcleo celular e reprodução sexuada, e também foi necessário splicing seletivo para lidar com uma situação em que todos os genes estavam sendo danificados por elementos genéticos egoístas vindos do simbionte
Integrar o simbionte depois disso continuou sendo difícil, mas não tanto quanto essa primeira etapa
A primeira simbiose que levou à origem dos eucariotos talvez não tenha sido um evento de uma vez por bilhão de anos, mas de uma vez por trilhão de anos, ou até menos frequente que uma vez a cada 10^20 anos
Isso pode significar que apenas 1 em cada bilhão de planetas com vida simples “produz” vida complexa como os animais, e talvez esse seja o grande filtro que leva ao paradoxo de Fermi
O grande filtro pode ser algo que nós já atravessamos, e talvez isso aconteça porque a combinação de restrições que levou até nós hoje foi incrivelmente rara
Outro evento de probabilidade extremamente baixa pode ser o desenvolvimento da inteligência abstrata
As condições que fizeram com que uma inteligência como a nossa se tornasse uma vantagem evolutiva parecem especialmente incomuns: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK210002/
Pelo título, parece algo que aconteceu na semana passada, mas na verdade foi algo que aconteceu há 100 milhões de anos e só agora foi descoberto
Se parecesse uma espécie nova surgida agora mesmo, seria assustador demais
Imaginei uma situação em que essa espécie dominasse nosso ecossistema e causasse caos, até surgir um novo equilíbrio, novos vencedores e uma nova espécie dominante
Eu já estava achando suspeita a chance de alguém estar olhando no microscópio justo no momento em que algo tão raro acontecesse
Então, como a reportagem não menciona isso, imagino que no fim das contas ainda não tenha acontecido nada muito interessante
Se a relação simbiótica começou a se desenvolver há 100 milhões de anos, pode ter levado todo esse tempo até a bactéria se tornar uma organela totalmente dependente da célula hospedeira da alga, como é hoje
Vale a pena ver a alga em questão: https://en.m.wikipedia.org/wiki/Braarudosphaera_bigelowii
Ela se cerca com doze placas pentagonais para formar um dodecaedro regular perfeito
É um organismo absurdamente incrível
É difícil acreditar que isso seja uma estrutura natural e orgânica com arestas tão definidas
https://paleonerdish.wordpress.com/2013/06/10/an-introductio...
https://www.mediastorehouse.com/science-photo-library/diatom...
São as fontes primárias
[1] https://www.cell.com/cell/pdf/S0092-8674(24)00182-X.pdf
[2] https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38603509/
Também existe um comunicado à imprensa do LBL
[3] https://newscenter.lbl.gov/2024/04/17/scientists-discover-fi...
[1] tem acesso aberto
Isso acontece uma vez a cada 1 bilhão de anos, então é mais provável que tenhamos capturado justamente esse exemplar exato, ou que isso aconteça com muito mais frequência, mas normalmente estejamos vendo apenas um caso que não foi tão impactante nem tão memorável quanto os exemplos mencionados?
A cobertura sensacionalista está exagerada demais
A simbiogênese tem apenas dois casos conhecidos, incluindo mitocôndrias e plastídios, entre eles os cloroplastos, então a expressão “uma vez a cada 1 bilhão de anos” é até certo ponto justificável
Outros casos também são suspeitos: https://en.wikipedia.org/wiki/Symbiogenesis
Muitos endossimbiontes são conhecidos
São organismos distintos que vivem dentro do corpo ou das células de outros organismos, e são uma pré-condição para a simbiogênese
https://en.wikipedia.org/wiki/Endosymbiont
Isso aconteceu há 100 milhões de anos, não em uma placa de Petri no laboratório
Dito isso, o título precisa de um pequeno ajuste
Não me convence muito a afirmação de que a endossimbiose primária seja tão rara
Quase todos os insetos têm endossimbiontes herdáveis: https://doi.org/10.3389/fphys.2013.00046
Aqui estamos falando de endossimbiose no nível celular
Ter bactérias intestinais não é a mesma coisa que elas se integrarem dentro da célula no nível molecular e se tornarem organelas
Ainda assim, o ceticismo em relação ao exagero da imprensa faz sentido
Há outros exemplos bem conhecidos desse tipo de endossimbiose, tanto primária quanto secundária
Talvez não seja uma simbiose primária com cianobactérias, mas em comparação com outros casos que já conhecemos, é difícil chamar isso de um enorme “salto científico” em termos de entendimento ou surpresa
Ironicamente, esse tipo de simbiose no nível celular também aparece entre endossimbiontes intestinais de insetos, e talvez o exemplo mais extremo seja Mixotricha paradoxa: https://en.wikipedia.org/wiki/Mixotricha_paradoxa
Hatena arenicola https://en.wikipedia.org/wiki/Hatena_arenicola é muito semelhante a esta descoberta, mas como envolve algas em vez de cianobactérias, trata-se de endossimbiose secundária e talvez seja ainda mais interessante e estranha
Também sabemos, pelo genoma de Symbiodinium, que houve vários eventos de captura por endossimbiose, alguns sendo simbioses secundárias com algas e alguns possivelmente simbioses primárias com bactérias: https://en.wikipedia.org/wiki/Symbiodinium
Uma fonte melhor foi postada aqui, mas não há discussão: https://news.ycombinator.com/item?id=40101317