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Opinião|Como uma descoberta sobre algas muda o que sabemos sobre os seres vivos?

Cientistas agora sabem que espécie marinha pode produzir amônia, uma capacidade antes atribuída somente às bactérias

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Foto do author Fernando Reinach
Atualização:

A descoberta do nitroplasto muda um aspecto fundamental do nosso conhecimento sobre os seres vivos. Já aviso que é complicado, mas vale a pena tentar entender a revolução que isso pode causar. Se preparem.

Cientistas sabiam que bactérias eram responsáveis pela produção de amônia, mas agora descobriram que algas podem ter essa capacidade Foto: New Scientist

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Os seres vivos dependem dos principais gases que compõe a atmosfera para sobreviver. O oxigênio (21% da atmosfera) é utilizado por todas as formas de vida para oxidar compostos de carbono (como açúcares e gorduras), e assim obter a energia que precisam para viver. Essa oxidação produz o gás carbônico (0,04% da atmosfera).

O gás carbônico é capturado pelas plantas que, usando energia solar, transformam gás carbônico em açúcares e outros compostos de carbono. Esse processo libera oxigênio, que acaba na atmosfera.

Quando o oxigênio liberado é novamente usado pelos seres vivos para oxidar os compostos de carbono sintetizados pelas plantas, o ciclo se fecha. E assim, por causa desse ciclo, os átomos presentes nos gases (oxigênio e carbono) às vezes estão nos seres vivos, às vezes na atmosfera. Se você suspirou no fim desse parágrafo acabou de colocar oxigênio para dentro dos seu corpo e expeliu gás carbônico.

Já o nitrogênio, o gás mais abundante (78% da atmosfera), é essencial para a produção das proteínas e dos ácidos nucleicos (DNA e RNA). Até agora se acreditava que só algumas bactérias eram capazes de transformar o nitrogênio gasoso em compostos contendo nitrogênio como a amônia, essenciais para todo ser vivo.

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A amônia e seus derivados, produzidos por essas bactérias, são absorvidos pelas raízes das plantas ou pelas algas, e usados na produção de proteínas e ácidos nucleicos. A novidade é que foi descoberta uma alga capaz de produzir amônia, o que se considerava impossível. Mas como essa alga “aprendeu” a produzir amônia?

Demanda da agricultura, adubo Nitrogenado é responsável por alto consumo de combustíveis fósseis Foto: Vitalii - stock.adobe.com

A capacidade de utilizar gases atmosféricos surgiu logo que a vida apareceu no planeta. Os seres vivos que desenvolveram essas capacidades foram os procariotos, parentes das bactérias. Suas células não têm núcleo ou organelas e são pequenos saquinhos vivos que se dividem. A enorme maioria deles só pode ser vista com um microscópio. Os procariotos foram os primeiros seres vivos que surgiram na Terra, faz aproximadamente 3 bilhões de anos.

Eles reinaram sozinhos durante os primeiros 1,5 bilhões de anos. E, então, surgiram os eucariotos. As células dos eucariotos são maiores e têm subdivisões internas como o núcleo e as organelas.

Praticamente todos os seres vivos que podemos observar a olho nu, como as algas, plantas, sapos, árvores, macacos e humanos são eucariotos, descendentes dos primeiros eucariotos que surgiram faz 1,5 bilhões de anos. Eles eram pequenos, mas foram se agrupando, dando origem a seres enormes como baleias, humanos e rinocerontes. Hoje eucariotos e procariotos coexistem no planeta.

A maneira como os eucariotos surgiram foi descoberta faz décadas por uma cientista chamada Lynn Margulis (1938 a 2011). A ideia é que inicialmente surgiu uma associação simbiótica (a palavra atual é parceria) entre os primeiros eucariontes e os procariotos. Mais adiante, esses eucariotos primitivos teriam incorporado (engolido) procariotos capazes de gerar energia usando oxigênio e compostos de carbono (que são o que hoje chamamos de mitocôndrias).

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E, em seguida, alguns deles teriam incorporado procariotos capazes de sintetizar compostos orgânicos a partir de luz e gás carbônico (o que hoje chamamos de cloroplastos). Os eucariotos com somente mitocôndrias deram origem a todos os animais.

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Já os com mitocôndrias e cloroplastos deram origem às plantas e algas. Ou seja, todas as formas complexas de vida na Terra teriam se originado após essa associação simbiótica ter se tornado permanente nos eucariotos primitivos.

O interessante é que as bactérias que fixam nitrogênio aparentemente nunca foram incorporadas e se transformaram em organelas no interior dos eucariotos e, portanto, não há animais ou plantas que utilizam diretamente o nitrogênio da atmosfera. Esses procariotos se mantiveram independentes, produzindo amônia e outros componentes nitrogenados para todos os outros seres vivos.

Em alguns casos, eles vivem em simbiose nas raízes de algumas plantas. É o caso das bactérias que fixam nitrogênio e vivem associadas a plantas como feijão ou soja, fornecendo amônia para a planta e diminuindo a dependência dessas plantas de adubos nitrogenados. Essas associações simbióticas já foram encontradas em diversas algas marinhas. Até agora, era essa nossa compreensão de como os seres vivos utilizam e processam o nitrogênio da atmosfera.

Mas tudo mudou essa semana com a descoberta de uma alga marinha (Braarudosphaera bigelowii), que incorporou no seu interior uma bactéria capaz de transformar o gás nitrogênio em amônia. Essa incorporação, que deve ter ocorrido faz 100 milhões da anos, deu origem a uma nova organela que agora se junta às mitocôndrias e cloroplastos: o nitroplasto.

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Essa descoberta altera radicalmente nosso entendimento de como o nitrogênio é processado pelos seres vivos. Antes, achávamos que a conversão de nitrogênio em amônia era feita só por bactérias simbiontes ou bactérias que vivem livres nos oceanos.

Agora sabemos que existem eucariotos com organelas capazes de exercer essa função. Pode parecer pouco, mas essa descoberta muda completamente nosso entendimento de como o nitrogênio circula entre a atmosfera e os seres vivos.

Em teoria, essa descoberta demonstra que um eucarioto pode produzir amônia e, portanto, abre a possibilidade de colocar essas organelas em plantas cultivadas, o que potencialmente pode nos livrar dos adubos nitrogenados cuja produção depende do uso intensivo de combustíveis fósseis. Consegui explicar?

Mais informações: Nitrogen-fixing organelle in a marine alga. Science https://www.science.org/doi/10.1126/science.adk1075 2024

Opinião por Fernando Reinach

Biólogo, PHD em Biologia Celular e Molecular pela Cornell University e autor de "A Chegada do Novo Coronavírus no Brasil"; "Folha de Lótus, Escorregador de Mosquito"; e "A Longa Marcha dos Grilos Canibais"

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