Grande parte do que se pensa sobre a vida primordial parte de uma premissa prática: as células constroem com aquilo que têm à mão. Se, na Terra antiga, um nutriente era raro, o mais lógico seria assumir que a biologia esperou até deixar de o ser.
Um novo estudo dá um golpe significativo nessa ideia. Micróbios antigos já faziam química dependente de um metal que existia em quantidades quase inexistentes.
E faziam-no durante centenas de milhões de anos antes de esse metal se tornar abundante.
Um hábito químico antigo
O molibdénio é um metal vestigial (de traço) - um dos elementos químicos de que as células precisam em quantidades diminutas, mas sem o qual não conseguem funcionar.
Nos organismos actuais, integra dezenas de enzimas, as proteínas que aceleram as reacções químicas que mantêm as células vivas.
Várias dessas reacções são essenciais para a fixação do azoto, o único processo natural que converte o azoto gasoso numa forma utilizável por plantas e micróbios.
O trabalho foi liderado por Aya Klos, estudante de doutoramento em bacteriologia na University of Wisconsin–Madison (UW–Madison).
Os investigadores procuraram perceber quando é que a vida começou, pela primeira vez, a recorrer ao molibdénio.
O cenário esperado era simples: isso teria acontecido tarde, depois de o oxigénio encher a atmosfera e de a meteorização transportar o metal para os oceanos. Foi exactamente o contrário do que observaram.
O enigma de um metal raro
Há muito que os geoquímicos sabem que os oceanos primitivos tinham uma carência extrema de molibdénio. Antes de a atmosfera se tornar rica em oxigénio, o Mo dissolvido na água do mar mantinha-se abaixo de 5 nanomoles por litro - cerca de 20 vezes menos do que nos oceanos actuais.
A viragem para uma atmosfera oxigenada, há cerca de 2.45 mil milhões de anos, é conhecida como o Grande Evento de Oxidação - um processo extensamente documentado no registo geoquímico.
“O que é um pouco contraintuitivo é que, de acordo com o registo geoquímico, a abundância de molibdénio na Terra primitiva parece ter sido muito mais baixa há milhares de milhões de anos, em particular antes do advento da fotossíntese oxigénica”, afirmou Klos.
Assim, restavam duas hipóteses: ou a vida aguardou até o metal se tornar comum, ou aprendeu a fazer muito com quase nada.
Ler o registo dos genes
A equipa recorreu à filogenómica: seguir sequências de genes em organismos modernos para reconstruir as suas árvores de parentesco e, depois, estimar quando cada ramo se separou usando taxas conhecidas de alteração genética.
Com este método, os investigadores obtêm uma data aproximada para o aparecimento inicial de cada proteína.
A triagem incluiu mais de 1,600 genomas - bactérias, arqueias e eucariotas - e mais de 100 grupos de proteínas envolvidos no transporte, na incorporação e na activação do molibdénio.
Os sinais genéticos mais antigos situaram-se entre 3.7 e 3.1 mil milhões de anos, no éon Arqueano. Isto é, aproximadamente mil milhões de anos antes de o oxigénio atmosférico transformar o planeta.
Entre os indícios mais antigos surgiu uma subunidade da enzima associada à metanogénese, o metabolismo que ainda hoje gera a maior parte do metano natural da Terra.
Os sinais das enzimas responsáveis pela fixação do azoto caíram no mesmo intervalo, o que é coerente com evidência de esse processo já estar a ocorrer há 3.2 mil milhões de anos.
O tungsténio entra em cena
O molibdénio não foi o único protagonista. A equipa acompanhou também o tungsténio, um metal mais pesado, de química semelhante, que por vezes consegue ocupar o mesmo “lugar” numa enzima.
Actualmente, as enzimas que usam tungsténio encontram-se sobretudo em micróbios de ambientes extremos - fontes hidrotermais no fundo do mar, nascentes termais, e outros locais que lembram algumas condições da Terra antiga.
A datação colocou o tungsténio na mesma janela do Arqueano. Ambos os metais estavam então a ser usados biologicamente, e a maquinaria de transporte de cada um evoluiu de forma independente - o que sugere que as células os captavam para funções específicas.
Isto contraria a visão mais antiga segundo a qual a vida teria usado primeiro o tungsténio e só mais tarde teria mudado para o molibdénio, quando o oxigénio o tornou abundante. Na realidade, os dois operavam em paralelo milhares de milhões de anos antes.
Um truque tardio de armazenamento
Um resultado destacou-se por ser surpreendentemente recente. As proteínas de armazenamento de molibdénio - a maquinaria celular que permite guardar metal excedente para uso futuro - só aparecem entre cerca de 2.2 e 1.1 mil milhões de anos.
Ou seja, muito depois de o restante “kit” de molibdénio já estar a funcionar.
Uma explicação plausível é que só passou a compensar armazenar quando chegou o oxigénio e mais organismos começaram a disputar a mesma reserva.
As células capazes de acumular molibdénio poderiam ganhar vantagem - mas essa pressão provavelmente não existiu até a vida se tornar suficientemente densa para a competição se fazer sentir.
Pistas para outros planetas
Betül Kaçar, professora de bacteriologia na UW–Madison e autora sénior do estudo, entende que as implicações vão muito para lá da Terra.
A astrobiologia - a procura de vida noutros lugares - apoia-se frequentemente em pressupostos sobre quais os elementos que um planeta habitado deverá ter. Muitos modelos partem da expectativa de que a vida inicial se orienta para o que existe em maior abundância.
Um artigo anterior tinha defendido, com base em argumentos químicos, que os metais trans-ferro provavelmente foram necessários na origem da vida. A nova datação atribui carimbos temporais numéricos a essa ideia.
“Este estudo mostra que o facto de um elemento ser escasso no ambiente não significa que a vida não encontre uma forma de o usar e até de construir um império com ele”, disse Kaçar.
O que agora sabemos
Até este estudo, ninguém tinha atribuído datas moleculares ao momento em que a biologia começou a usar molibdénio e tungsténio. Essas datas existem agora - mais de mil milhões de anos antes do que a disponibilidade ambiental dos metais faria supor.
As enzimas que impulsionam os ciclos do azoto, do enxofre e do carbono na Terra exibem uma assinatura química que remonta ao Arqueano.
A suposição, mantida durante muito tempo, de que a química do molibdénio teria de esperar pelo Grande Evento de Oxidação deixou de ser sustentável.
Os geoquímicos poderão ter de reavaliar com mais rigor quanto molibdénio estava, de facto, ao alcance das primeiras células - talvez com origem em fontes hidrotermais.
Além disso, a procura de vida noutros planetas pode deixar de excluir mundos onde metais familiares parecem raros. A vida, ao que tudo indica, não espera pela abundância.
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