Biólogos da Universidade de Syracuse estão estudando como os eucariotos microbianos prosperam no ambiente hostil dos lagos geotérmicos. Estima-se que existam aproximadamente 8,7 milhões de espécies de eucariotos na Terra. Os eucariotos são caracterizados por um núcleo e outras organelas ligadas à membrana dentro da célula. Embora as pessoas frequentemente associem eucariotos a animais e plantas, essas formas de eucariotos constituem, na verdade, apenas duas das seis categorias principais de eucariotos.
Oliverio e Rappaport passaram o verão conduzindo pesquisas de campo no Parque Nacional Vulcânico Lassen, na Califórnia, que abriga muitos acidentes geográficos hidrotermais. Fonte: Universidade de Siracusa
Uma grande parte da diversidade eucariótica consiste em microrganismos unicelulares chamados protistas. Ao estudar estes organismos, os cientistas podem explorar os caminhos evolutivos que explicam a rica diversidade e complexidade dos eucariotas. Através destes estudos, podemos aprender sobre o desenvolvimento da vida animal na Terra, como o surgimento da multicelularidade.
À medida que os investigadores trabalham para compreender melhor os mecanismos por detrás da evolução das espécies da Terra, permanecem questões sobre como os eucariotas microbianos se adaptam aos ambientes extremos da Terra. Para aprofundar esta questão, cientistas do Departamento de Biologia da Faculdade de Artes e Ciências (A&S) estão atualmente estudando organismos nativos que habitam alguns dos ambientes mais adversos da Terra: lagos geotérmicos extremamente quentes e ácidos.
As biólogas da A&S Angela Oliverio (à esquerda) e Hannah Rappaport no maior lago geotérmico dos Estados Unidos, no Parque Nacional Vulcânico Lassen, na Califórnia. Fonte da imagem: Universidade de Syracuse
Uma equipe liderada pela professora assistente de biologia Angela Oliverio retornou recentemente do Parque Nacional Vulcânico Lassen, na Califórnia, que abriga o maior lago geotérmico dos Estados Unidos.
"O lago é uma característica geotérmica aquecida por vapor de sulfato ácido, o que significa que é bastante quente (cerca de 52 ° C / 124 ° F) e ácido (cerca de pH 2)", disse Oliverio, que começará a trabalhar na Universidade de Syracuse em 2022. "Isso o torna um ambiente único para estudar acidófilos multiextremos, que são organismos adaptados a duas ou mais condições extremas - neste caso, alta temperatura e baixo pH."
Então, como eles sabiam que deveriam procurar vida microbiana eucariótica em um lago termal na Califórnia? Recentemente, Oliverio e Hannah Rappaport, pesquisadora do laboratório de Oliverio, publicaram em conjunto um artigo de pesquisa na Nature Communications. Neste artigo, a equipe de pesquisa estabeleceu um banco de dados que inclui pesquisas anteriores sobre a busca por vida microbiana eucariótica em ambientes extremos. Especificamente, analisaram quais linhagens eucarióticas foram detectadas múltiplas vezes em diferentes estudos sob condições ambientais semelhantes.
Imagem de uma ameba (bolha redonda cinza no fundo) e algas vermelhas (quatro ovais brancas em primeiro plano) tirada por Hannah Rappaport usando um microscópio óptico. As amostras foram retiradas de um lago geotérmico no Parque Nacional Vulcânico Lassen. Fonte da imagem: Universidade de Syracuse
“Descobrimos que existem várias cepas de amebas que tendem a ser encontradas em ambientes com temperaturas extremamente altas”, disse Oliverio. “Isso sugere que o estudo dessas cepas pode ter implicações significativas na forma como as células eucarióticas se adaptam à vida em ambientes de temperaturas extremamente altas”.
Segundo Oliverio, um estudo especial realizado pelo Laboratório Gordon Wolfe da Universidade Estadual da Califórnia, Chico mostrou que um tipo de ameba chamada termomoeba é abundante no lago geotérmico do Parque Nacional Lassen. No entanto, atualmente não existem dados genômicos para este organismo. Determinar como esta criatura se adaptou a ambientes tão extremos poderia expandir a nossa compreensão sobre que tipos de ambientes no universo são adequados para a vida.
No verão passado, Oliverio e Rappaport viajaram para o Parque Nacional Lassen para aprender mais sobre este protista especial e para procurar outros novos eucariontes extremofílicos. Na beira do lago, a equipe usou uma longa vara de bambu com uma garrafa de 1 litro presa em cima para coletar amostras – o que não é pouca coisa, considerando que a água do lago está bem acima de 100 graus Fahrenheit. As garrafas foram então enviadas de volta ao laboratório de Oliverio na Universidade de Syracuse, onde a equipe está agora isolando células individuais para sequenciamento do genoma e observando as características da ameba ao microscópio.
A pesquisadora da Syracuse University, Hannah Rappaport, mergulhou garrafas no lago quente para coletar amostras. Devido às temperaturas quentes da água e ao solo instável, os pesquisadores devem manter uma distância segura durante a coleta de amostras. Fonte da imagem: Universidade de Syracuse
Embora ainda não se saiba muito sobre como os eucariontes se adaptam a ambientes extremos, Oliverio espera que esta pesquisa ajude a preencher algumas das atuais lacunas no conhecimento.
Imagem de uma ameba (bolha redonda cinza no fundo) e algas vermelhas (quatro ovais brancas em primeiro plano) tirada por Hannah Rappaport usando um microscópio óptico. As amostras foram retiradas de um lago geotérmico no Parque Nacional Vulcânico Lassen.
“Suspeitamos que há algo especial na morfologia desta ameba que lhe permite persistir nestas linhagens eucarióticas, mas o mecanismo permanece desconhecido”, disse ela. "Com base em nosso estudo, levantamos a hipótese de que a transferência horizontal de genes (o movimento de informações genéticas entre organismos) e a poda do genoma (quando um genoma exclui genes de que não precisa) de bactérias, bem como a expansão de famílias de genes particularmente úteis, podem ser algumas maneiras pelas quais os protistas adquirem um kit de ferramentas para sobreviver em ambientes extremos."
A descoberta em escala genômica da equipe fornecerá dados importantes que faltam para a reconstrução da árvore da vida. “Isto aprofundará ainda mais a nossa compreensão da distribuição e evolução da vida na Terra”.