Como micróbios antigos usaram molibdênio e tungstênio bem antes do Grande Evento de Oxidação

A maior parte do que se supõe sobre a vida primitiva parte de uma ideia prática: as células constroem com aquilo que o ambiente oferece. Se um nutriente era raro na Terra antiga, a aposta mais lógica é que a biologia simplesmente esperou até ele deixar de ser escasso.

Um estudo recente abala fortemente essa premissa. Micróbios antigos já conduziam reações químicas que dependiam de um metal presente em quantidades quase inexistentes.

E eles faziam isso por centenas de milhões de anos antes de esse metal se tornar abundante.

Um hábito químico antigo do molibdênio

O molibdênio é um metal-traço - um daqueles elementos químicos menores de que as células precisam em doses mínimas, mas sem os quais não conseguem funcionar.

Nos organismos atuais, ele aparece como componente em dezenas de enzimas, proteínas que aceleram as reações químicas que mantêm a célula viva.

Várias dessas reações são decisivas para a fixação de nitrogênio, o único caminho natural que transforma o gás nitrogênio em uma forma utilizável por plantas e micróbios.

O trabalho foi liderado por Aya Klos, doutoranda em bacteriologia na Universidade de Wisconsin–Madison (UW–Madison).

O objetivo dos pesquisadores era datar quando a vida passou a empregar o molibdênio.

A resposta esperada era: provavelmente tarde, depois que o oxigênio se acumulou na atmosfera e o intemperismo passou a carregar o metal para os oceanos. Não foi isso que eles observaram.

O quebra-cabeça do metal escasso

Há tempos gequímicos sabem que os oceanos iniciais eram pobres em molibdênio. Antes de a atmosfera se tornar rica em oxigênio, o Mo dissolvido na água do mar ficava abaixo de 5 nanomoles por litro - cerca de 20 vezes menos do que os oceanos atuais.

A mudança para uma atmosfera oxigenada, por volta de 2,45 bilhões de anos atrás, é conhecida como o Grande Evento de Oxidação - um processo documentado em detalhe no registro geoquímico.

“Uma coisa meio contraintuitiva é que, de acordo com o registro geoquímico, a abundância de molibdênio na Terra primitiva parece ter sido muito menor bilhões de anos atrás, particularmente antes do advento da fotossíntese oxigênica”, disse Klos.

Diante disso, restavam duas possibilidades: ou a vida aguardou o metal ficar disponível, ou aprendeu a operar com quase nada.

Lendo o registro dos genes

Para investigar, a equipe recorreu à filogenômica: acompanhou sequências gênicas em organismos modernos para reconstruir árvores de parentesco e, em seguida, estimou quando cada ramo se separou usando taxas conhecidas de mudança genética.

Com esse método, é possível inferir uma data para o surgimento inicial de cada proteína.

A triagem incluiu mais de 1.600 genomas - de bactérias, arqueias e eucariotos - e mais de 100 grupos de proteínas ligados ao transporte, à incorporação e à ativação do molibdênio.

Os sinais gênicos mais antigos apareceram entre 3,7 e 3,1 bilhões de anos atrás, no éon Arqueano. Ou seja, cerca de 1 bilhão de anos antes de o oxigênio atmosférico remodelar o planeta.

Entre os achados mais antigos estava uma subunidade da enzima associada à metanogênese, metabolismo que ainda hoje responde pela maior parte do metano natural da Terra.

As assinaturas das enzimas envolvidas na fixação de nitrogênio surgiram na mesma faixa, em linha com evidências de que esse processo já ocorria há 3,2 bilhões de anos.

O tungstênio entra na história

O molibdênio não foi o único metal rastreado. Os autores também acompanharam o tungstênio, um metal mais pesado, de química semelhante, que às vezes consegue ocupar o mesmo “lugar” dentro de uma enzima.

Atualmente, enzimas que usam tungstênio aparecem sobretudo em micróbios de ambientes extremos - fontes hidrotermais no fundo do mar, fontes termais e outros locais que lembram partes da Terra primitiva.

A datação posicionou o tungstênio na mesma janela do Arqueano. Os dois metais já estavam em uso biológico naquele período, e as máquinas de transporte de cada um evoluíram de forma independente - um indício de que as células captavam cada metal para tarefas específicas.

Isso contraria a visão mais antiga de que a vida teria usado tungstênio primeiro e só depois migrado para o molibdênio, quando o oxigênio o tornou abundante. Na prática, os dois operavam em paralelo bilhões de anos antes.

Um truque tardio de armazenamento

Um resultado chamou atenção por ser surpreendentemente recente. Proteínas de armazenamento de molibdênio - a maquinaria celular que permite guardar metal extra para usar depois - só aparecem por volta de 2,2 a 1,1 bilhões de anos atrás.

Isso ocorre muito depois de o restante do “kit” biológico do molibdênio já estar funcionando.

Uma explicação possível é que armazenar só passou a compensar quando o oxigênio chegou e mais organismos passaram a disputar o mesmo recurso.

Quem conseguia “guardar” molibdênio poderia ter ganhado vantagem - mas essa pressão provavelmente não existia até a vida ficar densa o suficiente para que a competição fosse sentida.

Pistas para outros planetas

Betül Kaçar, professora de bacteriologia na UW–Madison e autora sênior do estudo, vê implicações que vão muito além da Terra.

A astrobiologia - a busca por vida em outros lugares - frequentemente se apoia em suposições sobre quais elementos um planeta habitado deveria ter. Muitos modelos esperam que a vida inicial se prenda ao que é mais abundante.

Um artigo anterior já havia defendido, por fundamentos químicos, que os metais transferro provavelmente foram necessários na origem da vida. A nova datação acrescenta carimbos de tempo numéricos a essa hipótese.

“Este estudo mostra que, só porque um elemento é escasso no ambiente, não quer dizer que a vida não vá encontrar um jeito de usá-lo e até construir um império com ele”, disse Kaçar.

O que agora sabemos

Antes deste estudo, ninguém havia atribuído datas moleculares ao momento em que a biologia passou a usar molibdênio e tungstênio. Agora essas datas existem - mais de 1 bilhão de anos antes do que a disponibilidade dos metais faria parecer possível.

As enzimas que impulsionam a ciclagem de nitrogênio, enxofre e carbono na Terra carregam uma assinatura química que remonta ao Arqueano.

A suposição, mantida por muito tempo, de que a química do molibdênio precisaria esperar o Grande Evento de Oxidação deixa de se sustentar.

Gequímicos talvez tenham de reavaliar com mais cuidado quanto desse metal estava, de fato, ao alcance das células primitivas - possivelmente a partir de fontes hidrotermais.

Além disso, a busca por vida em outros planetas pode parar de descartar mundos em que metais familiares pareçam raros. A vida, ao que tudo indica, não espera pela abundância.