Os cientistas descobriram vida microbiana diversificada nas profundezas do deserto do Atacama, no Chile, usando novas técnicas de análise de DNA, fornecendo informações sobre a biodiversidade em ambientes extremos e implicações potenciais para a pesquisa de vida extraterrestre. O Yungay-Playa, uma das áreas mais secas do deserto chileno do Atacama. Crédito: D. Wagner, GFZ
Uma nova molécula ADN técnica de análise permitiu a detecção de micróbios viáveis em profundidades de até 4,20 metros. Esta descoberta também é significativa para a busca por vida extraterrestre.
Historicamente, acreditava-se que os solos áridos do deserto do Atacama, no Chile, eram desprovidos de vida. No entanto, numa das suas áreas mais secas, um grupo de investigadores liderado por Lucas Horstmann e Dirk Wagner do Centro Alemão de Investigação em Geociências GFZ, em colaboração com colegas da TU Berlin e da Universidade de Antofagasta no Chile, descobriu agora uma substância até então desconhecida. habitat subterrâneo.
Isto foi baseado em métodos recentemente desenvolvidos de análise de DNA molecular, que permitem a extração e análise focada de DNA intracelular. Isto provém de células intactas de organismos vivos ou dormentes, tornando possível detectar comunidades microbianas viáveis e potencialmente ativas que habitam solos hiperáridos até uma profundidade de 4,20 metros. O estudo, publicado na revista Nexus do PNAS, expande assim a nossa compreensão da biodiversidade de uma região onde condições extremas de seca, salinidade e deficiência de nutrientes estão próximas dos limites da vida. Os resultados também têm implicações para a busca por vida em outros planetas.
Antecedentes: O habitat extremo do deserto
Os desertos são um dos maiores e mais frágeis ecossistemas da Terra. Embora as condições lá estejam entre as mais severas e potencialmente fatais, elas abrigam vida microbiana. Na ausência de chuvas regulares, os microrganismos são o componente ecológico mais importante que medeia os fluxos de nutrientes, utilizando componentes do solo, como minerais e sais, bem como gases atmosféricos como fonte de energia e água.
“O estudo da diversidade e distribuição microbiana é crucial para compreender plenamente o papel central dos processos microbianos na manutenção do equilíbrio ecológico e da funcionalidade dos ecossistemas desérticos, especialmente no que diz respeito ao seu desenvolvimento futuro no contexto das alterações climáticas”, afirma Dirk Wagner, chefe da Seção de Geomicrobiologia da GFZ e um dos líderes do estudo.
Local de estudo em Yungay-Playa: A cava de perfil escavada e o carrinho de laboratório da Universidade de Antofagasta. Crédito: L. Horstmann, GFZ
O deserto de Atacama, com 105.000 quilômetros quadrados, no norte do Chile, é considerado o deserto quente mais seco do mundo. É portanto um local extremamente relevante e adequado para a investigação deste habitat. Áreas rasas até uma profundidade de cerca de um metro já foram investigadas. Aqui sabemos que é um habitat de nicho que protege contra a radiação UV e onde a água ainda está disponível para que a vida microbiana possa prosperar.
Nova abordagem: análise de solos profundos no deserto do Atacama com análise especial de DNA
As camadas mais profundas dos solos desérticos, por outro lado, só foram analisadas em alguns estudos até o momento. Foram, portanto, foco de uma equipe liderada por Lucas Horstmann, aluno de doutorado, e Daniel Lipus, pesquisador de pós-doutorado, ambos na Seção de Geomicrobiologia da GFZ, e Dirk Wagner, chefe da mesma seção e professor de Geomicrobiologia e Geobiologia da a Universidade de Potsdam. Outros colegas vieram da TU Berlim e da Universidade de Antofagasta, no Chile. Os pesquisadores queriam testar se os sedimentos mais profundos do hiperárido deserto do Atacama também poderiam ser um habitat para micróbios especializados.
A equipe de pesquisa estudou um perfil do solo na área de Yungay, cerca de 60 quilômetros a sudeste de Antofagasta, para analisar a diversidade microbiana e sua interação com as propriedades do solo ao longo de um perfil de profundidade que incluía tanto os sedimentos da praia quanto os depósitos de leques aluviais abaixo. , atingindo uma profundidade de 4,2 metros. Para isso, cavaram um perfil de solo e colheram amostras de solo a cada 10 centímetros até a profundidade de três metros, depois a cada 30 centímetros, que foram levadas aos laboratórios da GFZ para análise.
Para detectar vestígios de vida nas amostras, os cientistas usaram uma nova técnica de análise de DNA molecular, desenvolvida por Dirk Wagner e outros da GFZ: usando um método especial de extração, é possível filtrar apenas o DNA intracelular de uma amostra, ou seja, DNA que se origina de células intactas e potencialmente ativas. Vários produtos químicos, centrífugas e filtros são usados para isso.
“Esta abordagem representa uma melhoria significativa para estudos sobre diversidade microbiana em ambientes extremos, pois exclui efetivamente o viés gerado pelo DNA de células mortas e ainda fornece dados válidos mesmo quando o limite de detecção para outros métodos foi atingido devido à baixa quantidade de biomassa”, enfatiza Wagner.
Descoberta de uma comunidade microbiana potencialmente viável até uma profundidade de 4,2 metros
Através da extração de DNA intracelular e subsequente sequenciamento genético das amostras, os pesquisadores conseguiram identificar micróbios potencialmente viáveis até uma profundidade de 4,2 metros. Nos 80 centímetros superiores, encontraram principalmente micróbios do filo Firmicutes, mas o seu número diminuiu com o aumento da profundidade e, portanto, também com o aumento da quantidade de sais solúveis. Os investigadores suspeitam que a elevada concentração de sal e a crescente escassez de água também podem ser responsáveis pela cessação da colonização microbiana na parte inferior dos sedimentos da praia. A este respeito, os seus resultados são consistentes com estudos anteriores.
No entanto, a equipe de Horstmann e Wagner descobriu mais uma vez uma comunidade microbiana nos depósitos de leques aluviais abaixo de dois metros. É mais diverso que a comunidade da superfície e provavelmente está completamente isolado da superfície. Consistia principalmente em bactérias pertencentes ao filo Actinobacteriota, um grupo com membros especializados que são frequentemente encontrados em solos secos ou imaculados.
Parte superior do perfil paleo. Crédito: D. Wagner, GFZ
A existência destes micróbios pode estar relacionada com a presença de gesso vesicular, que pode fornecer uma fonte alternativa de água ao dissolver-se em anidrita. Os organismos observados neste estudo pertenciam a espécies que podem usar gases residuais, como o hidrogênio, como fonte de energia para utilizar o CO2 como fonte de carbono para seu crescimento.
“Esse tipo de metabolismo, denominado quimiolitoautotrofia, tem sido sugerido em outros estudos como importante para solos hiperáridos, onde a matéria orgânica é extremamente limitada como fonte de carbono. Portanto, também pode ser essencial para os nichos subterrâneos isolados investigados neste estudo”, afirma o primeiro autor Lucas Horstmann.
Resumo e perspectivas: Surpreendente biodiversidade do deserto e implicações para a vida extraterrestre
Horstmann conclui: “A descoberta desta comunidade subterrânea, que prospera em sedimentos aluviais abaixo de dois metros de profundidade e mostra uma diversidade e estabilidade ecológica surpreendentes, desafia a nossa compreensão atual dos ecossistemas desérticos.”
Os autores sugerem que esta comunidade pode ter colonizado o solo já há 19.000 anos, antes do seu soterramento por depósitos de playa, e levantam a hipótese de que poderia continuar a descer por uma distância desconhecida, representando uma biosfera profunda até então desconhecida sob solos desérticos hiperáridos.
“Dada a ampla distribuição de terras áridas em nosso planeta, a presença de comunidades potencialmente ligadas ao carbono em solos subterrâneos anteriormente inexplorados tem implicações profundas não apenas para a biodiversidade nos desertos, mas também para a ciclagem de elementos em escala global”, diz o coautor Dirk. Vagner. “Isso indica que a importância desses habitats tem sido subestimada até agora. E enfatiza a importância dos habitats subterrâneos para uma compreensão abrangente dos ecossistemas desérticos no futuro.”
Os investigadores sublinham que os resultados deste estudo não só têm implicações para o nosso planeta Terra, mas também são relevantes para as discussões em curso sobre a procura de vida noutros planetas: “A presença de depósitos de gesso em Marte, semelhantes aos encontrados em sedimentos de leques aluviais, são de grande interesse para a astrobiologia. A associação destas comunidades subterrâneas com substratos gipsos no Atacama pode fornecer mais evidências de que os depósitos de gesso em Marte não só indicam a possibilidade de água líquida no passado, mas também podem servir como um nicho habitável para a vida microbiana no presente.”
Referência: “Comunidades microbianas persistentes em habitats subsuperficiais hiperáridos do deserto do Atacama: insights da análise de DNA intracelular” por Lucas Horstmann, Daniel Lipus, Alexander Bartholomäus, Felix Arens, Alessandro Airo, Lars Ganzert, Pedro Zamorano, Dirk Schulze-Makuch e Dirk Wagner , 23 de abril de 2024, Nexus do PNAS.
DOI: 10.1093/pnasnexus/pgae123
