importância da diversidade microbiana para o planeta

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Aula 2: A importância da diversidade microbiana para o planeta
As origens da vida na Terra A origem da Terra data de 4,5 bilhões de anos
Inúmeros estudos que explicam a origem do planeta descrevem que tudo começou a partir de uma poeira nebulosa e dos gases liberados por uma estrela supernova originada a partir da explosão de uma estrela antiga. O sol teve origem no centro dessa nuvem: compactado, ele libertaria enorme quantidade de luz e energia através de fissão nuclear.
Os materiais que permaneceram nessa nuvem começaram a se agregar graças às inúmeras colisões e à própria atração gravitacional, aumentando, assim, o volume original dos planetas do sistema solar. Na Terra, a energia liberada durante esse processo transformou inicialmente o planeta em uma massa de magma extremamente quente, que ainda receberia massas vindas do espaço. Esse ambiente inóspito deve ter durado 500 milhões de anos.
Mas como surgiu a água na Terra?
As colisões de cometas e asteroides glaciais com os gases vulcânicos vindos do interior do planeta geraram, conforme o esperado, muitos vapores, mas esse fenômeno constante acabou gerando um esfriamento da superfície terrestre.
Depois de um longo período, finalmente a condensação desse vapor d´água transformou o acúmulo de água em dois oceanos primitivos, algo em torno de 4,4 a 4,3 bilhões de anos.
Essas evidências começaram a surgir a partir de estudos com microfósseis encontrados no Canadá e na Austrália. Rochas com idades entre 3,5 e 3,7 bilhões de anos contêm formações microbianas denominadas estromatólitos1. Para garantir que se trata de microfósseis, são procurados nessas rochas traços das seguintes matérias orgânicas preservadas:
· 
· Grafite
· Carbonato
· Apatita
Primeira hipótese
O início da vida no planeta ocorreu no leito do fundo dos oceanos, em fendas bem abaixo da superfície recobertas com ferro e outros compostos catalíticos localizados em fontes hidrotermais. Em contato com as águas frias dos oceanos, essas superfícies formaram precipitados 2 que funcionariam como catalisadores para a formação de ligações. Essas ligações originaram:
· 
· Aminoácidos
· Peptídeos simples
· Açúcares
· Bases nigtrogenadas
Atenção
Segundo estudos na área, graças ao aparecimento de fosfatos, foram formados os nucleotídeos e, em seguida, o RNA, cuja atividade enzimática é a ribozima. O mundo definitivamente começou com RNA. Uma das hipóteses é que o primeiro esboço de células teria sido formado com montmorillonita, um tipo de argila bem comum na Terra primitiva. Isso deu origem a vesículas que aumentariam de tamanho incorporando o RNA e outros compostos.
Segunda hipótese
Sugere que a primeira célula autorreplicante teria surgido nas bacias marinhas mais rasas a partir de um caldo primordial rico em compostos orgânicos e inorgânicos.
A única dúvida para atestar essa hipótese é que a superfície da Terra nesse período era constantemente bombardeada por meteoros, apresentando muitas flutuações na temperatura com essas tempestades. Como esse ambiente poderia manter o modelo de célula?
MAS COMO SERIA ESSA BACTÉRIA PRIMITIVA?
Inicialmente, você precisa saber que o oxigênio surgiu no planeta somente depois da evolução da fotossíntese oxigênica (fotossíntese formadora de oxigênio) com as cianobactérias 3. Portanto, o metabolismo seria totalmente anaeróbio, sem a participação de oxigênio.
Os cientistas acreditam que essa célula (LUCA) teria surgido há 4,25 bilhões de anos nos ventos quentes hidrotermais do nordeste do Oceano Pacífico  como uma célula anaeróbica e autótrofa 4. Ela dependia de hidrogênio, dióxido de carbono (CO2) e nitrogênio para formar compostos orgânicos, como amônia.
Teoria LUCA
Em 1984, o biólogo evolucionista Jim Lake (Universidade da Califórnia, em Los Angeles) propôs uma árvore de dois domínios.
Ela começou com LUCA para depois se ramificar em bactéria e archea. Mais adiante, surgiriam as eukaryotas.
Décadas depois, essa teoria ganhou força pelas mãos do biologista molecular William Martin, da Universidade de Newcastle, no Reino Unido.
O dois biólogos publicaram na Nature Microbiology em 2016 um estudo do sequenciamento de genes em arqueas presentes nos ventos termais marítimos cujas condições de vida estariam mais próximas da ancestral LUCA 5.
Tipos de células
Eucariota
Mais complexo e evoluído, ele surgiu depois do procarioto.
Uma de suas principais características é uma região denominada núcleo, onde está o DNA, uma molécula linear bem maior e mais complexa do que em procariotos. Possui várias funções específicas comandadas por organelas. Exemplo: mitocôndrias e cloroplastos.
Modelos de eucarioto:
· Algas;
· Fungos;
· Protistas;
· Plantas;
· Animais.
Procariota6
Ser vivo estruturalmente mais simples, pois não possui organelas com membranas.
O material genético é processado diretamente no citoplasma; portanto, a replicação e a síntese de RNA e de proteínas ocorrem no mesmo local 7.
O seu DNA é um cromossomo pequeno, condensado e circular chamado nucleoide. Vários procariotos possuem um DNA extracromossomial denominado plasmídeo. Eles utilizam a membrana plasmática para gerar energia.
Modelos de procarioto:
· 
· Bactéria;
· Arquea.
Domínios eukarya, bactéria e archaea
Na evolução do planeta, os eucariotos surgiram há 2 bilhões de anos depois do aumento do oxigênio no planeta com o surgimento de micro-organismos aeróbios. Esse surgimento ocorreu pela incorporação 8 de uma bactéria que realizava o metabolismo aeróbio, dando origem à mitocôndria nas células animais. Nas plantas, houve a endossimbiose de uma cianobactéria fotossintética.
Comentário
A prova disso é que tanto a mitocôndria como o cloroplasto possuem DNA circular próprio e ribossomos. São provas indiscutíveis de que eles foram seres vivos. O mais interessante é que alguns antibióticos que atuam em bactérias livres acabam atacando também a mitocôndria.
Em resumo, todos os seres eucariotos surgiram no planeta de uma célula quimera: combinação de célula com característica de bactéria e archaea.
Bactéria
Em destaque, há a presença de uma estrutura externa formada por carboidratos e peptídeos denominada parede celular.
DISTRIBUIÇÃO
Há nas mais variadas formas:
· 
· Esféricas (cocos)
· Bastão (bacilo)
· Saca-rolha (espirilo)
ORGANIZAÇÃO
· Duplas 
· fileiras
· Outro tipo de agrupamento dependendo do gênero e da espécie.
NUTRIÇÃO
Provém de compostos produzidos por organismos vivos ou mortos, embora bactérias também produzam a sua fonte de energia (fotossintéticas).
REPRODUÇÃO
Ocorre por divisão de uma célula em duas iguais (fissão binária).
FILOS
Este domínio agrupa 16 filos de acordo com:
· 
· Tipo de fonte de carbono;
· Tipo de energia;
· Faixa de pH ótima para crescimento;
· Temperatura.
GRAM-NEGATIVAS
De todos os seus filos, destacam-se as proteobactérias, bactérias com uma enorme diversidade morfológica e metabólica.
Muitas proteobactérias possuem importância médica: exemplares dos gêneros entérica, Escherichia, Salmonella e Enterobacter estão associados a infecções intestinais bacterianas. A mitocôndria – lembre-se da endossimbiose - surgiu a partir de uma proteobactéria, especificamente de um tipo semelhante à atual Riquétsia (bactéria parasita intracelular).
Incluem-se também nesse filo bactérias importantes do solo, como Azotobacter (fixadoras de nitrogênio) e Nitrosomonas (oxidam amônia).
GRAM-POSITIVAS
Agrupam bactérias dos gêneros Staphylococcus, Streptococcus, Mycobacterium e Clostridium. Elas são responsáveis por:
· 
· Infecções de pele;
· Orofaringe;
· Tuberculose;
· Tétano;
· Outras infecções.
Comentário
Os filos cianobactérias e proclorófitas são responsáveis pela síntese de oxigênio na Terra. Já bactérias hipertermófilas de ramificação precoce são capazes de crescer em temperaturas de 90°C.
Archaea
Bactéria altamente especializada em resistir a temperaturas altas ou muito baixas nos ambientes com concentrações elevadas de sal e valores extremos de pH. Sua capacidade de adaptação evita a desnaturação das suas proteínas e impede o rompimento celular.
As bactérias hipertermófilas 9 estão localizadasem fontes termais ricas em enxofre e fendas termais de águas profundas.
Exemplo
Pyrococcus furiosus (uma hipertermófila do filo Euryarchaeota) possui a temperatura ótima de crescimento em 100°C. Já o filo Crenarchaeota contém arqueas que vivem tanto em água fervente como em ponto de congelamento, embora a maioria permaneça em ambientes com temperaturas de 80°C.
Eukarya
Possui enorme diversidade de organismos. Sua relação filogenética foi construída com base no RNA ribossômico (rRNA), que, em eucariotos, é altamente conservado e mantém relações com os outros domínios. O registro filogenético do domínio eukarya data de 2 bilhões de anos, quando ocorreu o maior acúmulo de oxigênio na atmosfera e a camada de ozônio permitiu o aumento do número de habitats disponíveis para a colonização.
Nas últimas décadas, os estudos de ecologia microbiana molecular evidenciaram que a maioria dos micro-organismos presentes em um habitat jamais foi cultivado. A evolução de técnicas de identificação de sequências genômicas permite criar chips de 1 a 2 centímetros disponíveis para análise de amostras de DNA de vários organismos. Esses microarranjos se compõem, na verdade, de 5.000 a 6.000 genes que podem hibridizar com amostras-teste e verificar a presença de determinado gene.
Algas e fungos: Coletivamente, os eucariotos microbianos – produtores primários - são chamados de protistas. Alguns são fototróficos 10, como as algas, que contêm cloroplastos e vivem em ambientes com poucos minerais.
Já os fungos, que não possuem pigmentos fotossintetizadores 11, apresentam-se como unicelulares ou filamentosos.
Atenção
As algas e os fungos possuem parede celular; os protozoários, não. Móveis e flagelados, os protozoários surgiram em uma ramificação precoce na árvore Eukarya. Eles vivem em ambientes aquáticos - e vários são patógenos 12 para o homem e outros animais.
Bolores ou mofos limosos: Trata-se de outra informação importante em termos de evolução. Eles foram os primeiros protistas a se agruparem para cooperação celular num esboço de estruturas multicelulares.
Suas células se reúnem, formando uma estrutura multicelular chamada de corpo de frutificação. Os esporos saem a partir desse corpo.
Liquens: Estruturas formadas por fungos associados a outros organismos.
De aparência semelhante a folhas, os liquens crescem sobre rochas, folhas e árvores.
Atuam em mutualismo com outros seres fototróficos, como algas ou cianobactérias (produtores primários). Esses seres dão a cor ao líquen por possuírem compostos carotenoides. Já o fungo confere proteção ao sistema. 
Vírus: Muitos autores excluem a apresentação dos vírus neste grupo, mas todos os seres vivos são parasitados por eles. Segundo essa ótica, devemos entender e aceitar a sua participação. 
Mas, afinal, qual é a origem dos vírus no planeta?
Apesar de haver uma certa lógica em sua exclusão da evolução dos domínios – vírus não são considerados formas de vida 13. E isso é o ponto de saída da virologia molecular para estudar os traços evolutivos dos vírus. 
Há três hipóteses para a origem dos vírus: 
· Progressiva ou escape: Os vírus surgiram de elementos genéticos que ganharam capacidade de se mover entre células;
· Regressiva ou de redução: Os vírus são remanescentes de organismos celulares, hipótese ilustrada com exemplares grandes, como o Mimivirus 14  e o vírus da varíola humana; 
· Coevolução dos vírus com os seus hospedeiros naturais;
Duas hipóteses (progressiva e regressiva) afirmam que os vírus surgiram depois das células. Será mesmo? Não tenha certeza disso. Alguns estudos genéticos têm mostrado que os vírus existiram em um mundo pré-celular como unidades de autorreplicação e que eram mais complexos e organizados. Como já aprendemos que existiram moléculas de RNA com atividade enzimática no mundo pré-celular, talvez essas moléculas tivessem a capacidade de infectar as primeiras células. 
Comentário: Em 2001, takemura e seus colaboradores estudaram a pressão evolutiva dos vírus nas células procariotas. Os estudiosos afirmaram que vírus grandes de genoma dna entraram em células procariotas por um evento de endossimbiose, tornando-se permanentes na célula e impulsionando a formação de um núcleo primitivo. 
Independentemente das teorias, a virologia é um campo de estudos fascinante que nos faz cada vez mais acreditar que o conceito simplista de vírus como entidade parasitária não corresponde ao seu papel no planeta.