Jaclyn Saunders (extrema direita) corrige a linha em um instrumento McLane que bombeia grandes volumes de água do mar para extrair o DNA. O instrumento à esquerda mede propriedades como temperatura, salinidade e profundidade e coleta amostras menores de água do mar. Crédito:Noelle Held / Woods Hole Oceanographic Institution
O arsênico é um veneno mortal para a maioria dos seres vivos, mas uma nova pesquisa mostra que os microrganismos estão respirando arsênico em uma grande área do Oceano Pacífico. Uma equipe da Universidade de Washington descobriu que uma estratégia de sobrevivência ancestral ainda está sendo usada em partes do ambiente marinho com baixo teor de oxigênio.
"Pensar no arsênico não apenas como um cara mau, mas também tão benéfico, remodelou a maneira como vejo o elemento, "disse a primeira autora Jaclyn Saunders, que fez a pesquisa para sua tese de doutorado na UW e agora é pós-doutorada no Woods Hole Oceanographic Institution e no Massachusetts Institute of Technology.
O estudo foi publicado esta semana no Proceedings of the National Academy of Sciences .
"Nós sabemos há muito tempo que existem níveis muito baixos de arsênico no oceano, "disse a coautora Gabrielle Rocap, um professor de oceanografia da UW. "Mas a ideia de que organismos podem estar usando arsênico para viver - é um metabolismo totalmente novo para o oceano aberto."
Os pesquisadores analisaram amostras de água do mar de uma região abaixo da superfície onde o oxigênio está quase ausente, forçando a vida a buscar outras estratégias. Essas regiões podem se expandir sob as mudanças climáticas.
"Em algumas partes do oceano há um sanduíche de água onde não há oxigênio mensurável, "Rocap disse." Os micróbios nessas regiões têm que usar outros elementos que atuam como um aceitador de elétrons para extrair energia dos alimentos. "
Um átomo de arsênio roxo rodeado por quatro átomos de oxigênio é o arsenato (à esquerda). Um átomo de arsênico rodeado por três átomos de oxigênio é o arsenito (direita). O estudo encontrou evidências de organismos marinhos que podem se converter uns nos outros para obter energia em ambientes com deficiência de oxigênio. Crédito:Wikimedia
As alternativas mais comuns ao oxigênio são nitrogênio ou enxofre. Mas as primeiras investigações de Saunders sugeriram que o arsênico também poderia funcionar, estimulando-a a procurar evidências.
A equipe analisou amostras coletadas durante um cruzeiro de pesquisa no Pacífico tropical em 2012, ao largo da costa do México. As análises genéticas do DNA extraído da água do mar encontraram duas vias genéticas conhecidas por converter moléculas baseadas em arsênico como forma de ganhar energia. O material genético tinha como alvo duas formas diferentes de arsênico, e os autores acreditam que as vias ocorrem em dois organismos que fazem o ciclo do arsênico para frente e para trás entre formas diferentes.
Os resultados sugerem que os micróbios que respiram arsênio constituem menos de 1% da população de micróbios nessas águas. Os micróbios descobertos na água são provavelmente parentes distantes dos micróbios que respiram arsênico encontrados em fontes termais ou locais contaminados em terra.
"O que eu acho que é a coisa mais legal sobre esses micróbios que respiram arsênico existentes hoje no oceano é que eles expressam seus genes em um ambiente com baixo teor de arsênico, "Saunders disse." Isso abre os limites para onde poderíamos procurar organismos que respiram arsênico, em outros ambientes pobres em arsênico. "
Os biólogos acreditam que a estratégia é um resquício da história inicial da Terra. Durante o período em que a vida surgiu na Terra, o oxigênio era escasso tanto no ar quanto no oceano. O oxigênio se tornou abundante na atmosfera da Terra somente depois que a fotossíntese se espalhou e converteu o gás dióxido de carbono em oxigênio.
As primeiras formas de vida tiveram que ganhar energia usando outros elementos, como o arsênico, o que provavelmente era mais comum nos oceanos naquela época.
O Lago Mono da Califórnia é naturalmente rico em arsênico e é conhecido por hospedar micróbios que sobrevivem respirando arsênico. Os organismos que vivem no ambiente marinho são provavelmente relacionados aos que vivem em terra. Crédito:Pixabay
"Encontramos as assinaturas genéticas de caminhos que ainda estão lá, resquícios do oceano passado que foram mantidos até hoje, "Saunders disse.
As populações que respiram arsênico podem crescer novamente sob as mudanças climáticas. Projeta-se que as regiões de baixo oxigênio se expandam, e o oxigênio dissolvido deve cair em todo o ambiente marinho.
"Para mim, só mostra o quanto ainda está lá fora no oceano que não conhecemos, "Rocap disse.
Saunders recentemente coletou mais amostras de água da mesma região e agora está tentando cultivar os micróbios marinhos que respiram arsênico em um laboratório para estudá-los mais de perto.
"No momento, temos pedaços de seus genomas, apenas o suficiente para dizer que sim, eles estão fazendo essa transformação de arsênico, "Disse Rocap." O próximo passo seria reunir todo um genoma e descobrir o que mais eles podem fazer, e como esse organismo se encaixa no meio ambiente. "
