OS FÓSSEIS MAIS ANTIGOS DA VIDA

Crónica publicada na imprensa regional.

Filamentos e tubos de microfósseis encontrados no Canadá - Matthew Dodd

É atribuída ao filósofo alemão Martin Heidegger a frase “as origens escondem-se sob os começos”! Esta citação adequa-se à questão de sabermos quando é que a vida terá surgido no nosso planeta. É uma questão ainda sem resposta definitiva e assim poderá continuar por muito tempo. É que para sabermos quando é que as primeiras formas de vida unicelulares surgiram, é preciso encontrar registos fósseis dessa ocorrência. E isso é muito pouco provável. É muito difícil identificar e encontrar em rochas, com milhares de milhões de anos, fósseis de células delimitadas só por uma membrana lipídica. A vida primordial dificilmente deixou assinaturas directas da sua existência. A procura tem, assim, de ser indirecta.

Apesar dessa dificuldade, têm vindo a ser descobertas estruturas minerais designadas por estromatólitos, encontradas na Austrália Ocidental, na África do Sul e na Gronelândia, em rochas muito antigas com idades estimadas entre 3500 milhões e 3700 milhões de anos. Os cientistas propõem que esses estromatólitos são o resultado da actividade microbiana que acumulou grãos de metais como o ferro. Diga-se, apropriadamente, que estas estruturas são actualmente também encontradas em fontes hidrotermais ricas naquele metal, no fundo dos oceanos, resultado da actividade de bactérias conhecidas que usam ferro no seu metabolismo energético.

Afinal, a vida microbiana deixa uma impressão mineral da sua existência. Eis um caminho para a descoberta das primeiras formas de vida unicelular!

Na revista Nature desta semana foi publicado um artigo cujo primeiro autor é o biogeoquímico Matthew Dodd, da University College de Londres, que apresenta a descoberta de microfósseis em rochas cuja idade é estimada entre 3770 milhões e 4280 milhões de anos! Estes microfósseis, só visíveis ao microscópio, que estavam aprisionados entre camadas de quartzo, são formados por pequenos filamentos e tubos compostos por óxidos de ferro. Os microfósseis foram encontrados em rochas que se encontram mais precisamente na costa da Baía de Hudson a Nordeste do Quebeque, no Canadá. Os autores do artigo propõem que terão sido formados por microorganismos, pois não encontraram alguma explicação geológica para a sua formação.

Assim sendo, estes microfósseis constituem a evidência mais antiga até agora descoberta da existência de vida na Terra. O espantoso, é que isto implica que a vida terá surgido no nosso planeta só algumas centenas de milhões de anos depois da sua formação, há cerca de 4500 milhões de anos!

Outro aspecto, muito interessante e surpreendente desta descoberta, é o de que a presença de óxidos de ferro implica que nessa época remota já existisse suficiente oxigénio molecular livre para reagir com o ferro. É tentadora a hipótese de a origem desse oxigénio molecular ser produto da actividade dessas formas primevas de vida.

Contudo, a associação descrita neste artigo de vida microbiana a estas estruturas minerais precisa de ser comprovada por outros cientistas, de forma independente. É assim que a ciência funciona. E opiniões contrárias já foram emitidas por alguns cientistas que não participaram na descoberta. Por exemplo, Nicola McLoughlin, uma especialista em paleontobiologia da Universidade Rhodes, na África do Sul, que não participou do estudo, referiu à BBC News que "a morfologia desses supostos filamentos de ferro oxidado no norte do Canadá não é convincente” e não descarta propostas alternativas de origem geológica para a sua formação.

A ciência acende-se sob a luz da origem da vida!

António Piedade

O FERRO E A VIDA

Crónica publicada primeiramente na imprensa regional.

“A influência do elemento Ferro, agora, e mesmo antes de haver vida, é pelo menos tão importante como o ADN na história da própria vida”. Quem o afirmou foi o químico inglês Robert Williams num artigo publicado na revista Nature em 1990 [1]. 

De facto, o Ferro é elemento essencial para a produção de energia e bom estado de saúde, por exemplo, nos seres humanos. Todos sabemos que o Ferro presente na hemoglobina, existente nos glóbulos vermelhos, é essencial para o transporte de oxigênio a todas as células do nosso corpo.

A propósito, e numa outra perspectiva, diga-se que o uso do Ferro também influenciou a história da Humanidade.

Mas a importância do Ferro para a vida é muito anterior ao aparecimento desta no planeta Terra. Comecemos por identificar a origem dos átomos de Ferro no Universo.

A mais consensual teoria sobre a origem do Universo diz-nos que o Big Bang terá ocorrido há cerca de 13,8 mil milhões de anos. Os primeiros elementos atómicos a serem formados, algumas centenas de milhares de anos depois, foram o Hidrogénio (maioritariamente), o Hélio e algum Lítio. Muito depois, formaram-se as estrelas e a sua evolução levou à nucleossíntese de elementos mais pesados como o Carbono e o Oxigénio. Estima-se que 200 milhões de anos depois do Big Bang, o Universo terá entrado na “Era do Ferro”: as estrelas, atingindo um determinado estado nas suas “vidas”, começam a produzir ferro. Com o fim da vida destas estrelas, explodindo em supernovas, o Ferro, assim como muitos outros elementos, ter-se-ão espalhado pelo Universo em nebulosas. Algumas destas nebulosas terão dado origem a sistemas planetários.

Há cerca de 4,6 mil milhões de anos, ter-se-á formado o nosso Sistema Solar a partir de uma dessas nebulosas. E o Ferro terá sido fundamental para a formação planetária. No caso que nos interessa agora, refira-se que o Ferro é o elemento mais abundante no planeta Terra: é elemento maioritário dos núcleos internos e externos do centro da Terra, e é o quarto elemento mais abundante da crosta terrestre.

As propriedades magnéticas do Ferro estão na origem do campo magnético terrestre. Este campo é fundamental para proteger a Terra das partículas energéticas presentes no vento solar, assim como de outras radiações que, caso chegassem à superfície do planeta o tornariam muito pouco adequado para hospedar a vida tal qual a conhecemos. Podemos, assim e com alguma certeza, afirmar que sem a presença de Ferro não haveria vida na Terra.

Tanto quanto podemos saber hoje, as primeiras formas de vida na Terra, com vestígios fósseis conhecidos, já existiam há 3,6 mil milhões de anos. Nesta altura, a atmosfera terrestre era praticamente desprovida de Oxigénio. Curiosamente, esta atmosfera pobre em Oxigénio, associada a temperaturas de cerca de 100 graus Celsius e uma pressão inferior à actual, poderá ter permitido, segundo alguns autores, determinados ciclos de reacções químicas que produziriam energia utilizável para a síntese de substâncias hoje ditas orgânicas.

De acordo com o químico alemão Günter Wächtershäuser (1938 - ) e a sua teoria hipotética do “Mundo de Ferro-Enxofre” [2], esta química à volta de pirites de ferro, num ambiente consistido por chaminés hidrotermais nos fundos marinhos, terá estado na origem da primeira química da vida. Esta hipótese postula que uma primitiva forma de metabolismo antecedeu o aparecimento da genética na história da evolução das primeiras formas de vida unicelular.

Muito milhões de anos após, com o aumento de Oxigénio devido à actividade fotossintética de células conhecidas por cianobactérias, o Ferro, reagindo com o Oxigénio, tornou-se muito menos solúvel em água e óxidos de Ferro precipitaram-se nos fundos de lagos e mares. Isto teve um impacto na evolução da vida e na geologia do planeta. Mas estes são aspectos a desenvolver numa próxima crónica.

Referências:

[1] - R.J. Williams, Biomineralization: iron and the origin of life, Nature, 343 (1990) 213–214

[2] - G. Wächtershäuser, Evolution of the first metabolic cycles, PNAS, 87 (1990) 200–204

 António Piedade

COMO SURGIRAM AS NOSSAS CÉLULAS?

Texto primeiramente publicado na imprensa regional.

O estudo da origem e evolução das células no nosso planeta é uma das áreas mais estimulantes e fascinantes da ciência. Prende-se não só sobre compreender a origem da própria vida, mas também sobre como é que a complexidade celular evoluiu a partir das primeiras células simples para dar origem às células que compõem os animais, as plantas, os fungos e os protozoários.

Os animais e as plantas são edificados por células ditas eucarióticas. Estas são caracterizadas, entre outros aspectos, pelo facto de possuírem um núcleo rodeado por uma membrana onde se situam os cromossomas com a informação genética. Também se caracterizam por possuírem no seu interior organelos como as mitocôndrias e os cloroplastos, e um elaborado e dinâmico sistema de membranas que formam vesículas, que asseguram um transporte conveniente de diversas substâncias, não só no interior da célula, mas também entre o interior e o exterior celular. As células eucarióticas possuem também um complexo sistema de microfibrilhas proteicas, com várias funções, entre elas a de formar um citoesqueleto. Como é que surgiram estas complexidades todas ao longo da evolução celular?

As bactérias são outro domínio celular da vida. São consideravelmente mais simples do que as células eucarióticas, pois não possuem compartimentos intracelulares e o cromossoma circular que possuem não está encapsulado num núcleo. São consideradas muito mais antigas evolutivamente do que as células eucarióticas

No início da década de 80 do século passado, a bióloga norte-americana Lynn Margulis (1938 – 2011; foi casada com Carl Sagan) propôs a teoria endossimbiótica para a origem das células eucarióticas. Segundo esta, as mitocôndrias e cloroplastos das células eucarióticas teriam surgido da associação de bactérias que se tornaram hospedeiras de uma outra célula microbiana. Esta teoria é hoje consensual entre a comunidade científica. Propõe-se, actualmente, que as mitocôndrias terão sido originadas de um grupo bacteriano conhecido e relacionado com as alphaproteobactérias.

Mas qual a origem da célula hospedeira? Teria sido um outro tipo de bactéria? Não! O conhecimento hoje disponível indica que a célula hospedeira teria pertencido a um outro domínio celular também muito antigo evolutivamente e conhecido por arqueia (palavra de origem grega significando antigo). As arqueias e as bactérias ter-se-ão separado na árvore da vida a partir de um ancestral comum e divergido evolutivamente.

As diferentes espécies de arqueias que se têm descoberto nos últimos anos possuem algumas características, principalmente genéticas, que estão ausentes nas bactérias e que se assemelham mais às das células eucarióticas. Assim, o conjunto de informação entretanto reunido sobre as arqueias coloca-as como as principais candidatas a terem sido as células antepassadas das eucarióticas. E as mais recentes técnicas de sequenciação genética têm permitido sondar o passado evolutivo na procura dessas semelhanças.

Neste contexto, foi publicado, no passado dia 19 de Janeiro de 2017 na revista Nature, um artigo que apresenta uma nova espécie de arqueia com características genéticas muito interessantes. Neste artigo, que tem como primeiro autor o sueco Thijs Ettema, os cientistas sequenciaram material genético recolhido de vários locais e identificaram um novo grupo de arqueias referido no geral por arqueias de Asgard. Segundo o microbiólogo António Veríssimo, professor do Departamento de Ciências da Vida da Universidade de Coimbra, o “novo grupo de arqueias têm duas características muito interessantes: são muito antigas (do ponto de vista evolutivo) e parecem partilhar um ancestral comum com as células eucariotas e, para além disso, foram reconhecidas sequências genéticas que codificarão proteínas consideradas especificas de eucariotas e relacionadas com a translocação (“transporte”) de proteínas nas células com compartimentos celulares. Isto sugere que a origem de sistemas complexos de translocação de proteínas terá evoluído antes das mitocôndrias ou de outra maneira antes do hospedeiro ter “recebido “ as bactérias que originaram as mitocôndrias. E é mais uma informação importante que reforça a ideia que o hospedeiro original terá sido uma célula de tipo arqueia.”

É preciso referir que os cientistas ainda não conseguiram isolar estas arqueias de forma a poderem observar directamente as características relacionadas com os genes identificados no seu genoma agora sequenciado. Seria muito interessante poder-se observar e comparar as eventuais estruturas celulares que terão estado na origem da complexidade eucariótica.

De qualquer forma, esta descoberta vem adicionar mais algumas peças ao puzzle que continua a ser a evolução da vida complexa no nosso planeta.

António Piedade