Os pesquisadores descobriram que a espécie de cianobactéria UCYN-A, em uma relação simbiótica com algas marinhas, apresenta características de evolução para organelas fixadoras de nitrogênio. Esta descoberta sugere uma nova perspectiva sobre os estágios iniciais da evolução das organelas e o potencial para avanços significativos na compreensão da evolução celular.
O nitrogênio é um nutriente essencial para toda a vida na Terra. Apesar da abundância de gás nitrogênio (N2) na atmosfera, ele permanece em grande parte inacessível a muitas formas de vida até sofrer fixação de nitrogênio. Este processo vital transforma o dinitrogênio em amônio, uma importante fonte de nitrogênio inorgânico.
Embora existam bactérias que são capazes de reduzir o dinitrogênio a amônio, pesquisadores da Universidade de Rhode Island, do Instituto de Ciências del Mar em Barcelona, da Universidade da Califórnia em Santa Cruz e do Instituto de Tecnologia de Massachusetts descobriram organismos simbióticos fixadores de nitrogênio exibindo comportamentos semelhantes aos das organelas. Na verdade, os investigadores postulam estes organismos simbióticos – UCYN-A, um espécies de cianobactérias – podem estar evoluindo com características semelhantes a organelas. Seu estudo foi publicado recentemente na revista Célula.
Relação simbiótica e suas implicações
UCYN-A vive em uma relação simbiótica com um grupo intimamente relacionado de algas marinhas, B. bigelowii, em áreas de oceano aberto que geralmente são pobres em nutrientes. A maioria das bactérias fixadoras de nitrogênio possui mecanismos para regular o uso de dinitrogênio quando fontes fixas de nitrogênio estão disponíveis, aliviando o alto custo energético desse processo. No entanto, os UCYN-A perderam os genes que permitem isso e são capazes de fixar o gás nitrogênio em amônio, mesmo em ambientes ricos em nutrientes. O hospedeiro, por sua vez, fornece carbono fixado fotossinteticamente por seus cloroplastos.
O estudo detalha como os pesquisadores encontraram uma relação de tamanho entre UCYN-A e suas células parceiras simbióticas – consistente com as relações de tamanho entre outras organelas e seus hospedeiros. À medida que as organelas ficam maiores, o mesmo acontece com as células hospedeiras – eventualmente dividindo-se e replicando-se. A modelagem matemática revelou as compensações metabólicas que regulam o tamanho relativo das células através da aquisição e troca de nutrientes.
Caminho Evolutivo das Organelas Fixadoras de Nitrogênio
“É necessária muita energia, bem como elétrons, para fixar o gás nitrogênio, para transformá-lo em algo útil”, disse Keisuke Inomura, professor assistente de oceanografia na Escola de Pós-Graduação em Oceanografia da URI e um dos principais autores do estudo. “Se UCYN-A estiver avançando no caminho evolutivo em direção ao desenvolvimento em organelas fixadoras de nitrogênio e encontrarmos células além de B. bigelowii também têm essas organelas, ou estão evoluindo de forma semelhante, isso poderia mudar o jogo.”
Embora organelas como mitocôndrias e cloroplastos estejam muito mais adiantadas no espectro evolutivo, os pesquisadores afirmam que o que estão vendo pode ser um instantâneo do processo evolutivo de organelas derivadas de bactérias que fixam nitrogênio.
“O nosso estudo centra-se numa relação simbiótica muito mais recente que surgiu há cerca de 100 milhões de anos, permitindo-nos explorar a evolução da formação de organelas nas suas fases iniciais”, explicou Francisco Cornejo, co-autor principal e investigador de pós-doutoramento no departamento de marinha. biologia e oceanografia no Institut de Ciències del Mar.
Os pesquisadores observam, no entanto, que são necessários mais estudos para demonstrar se esse é o caso.
“A relação surpreendentemente estreita entre a UCYN-A e o seu anfitrião pode ser explicada pela economia de recursos dos parceiros. Isso sugere que UCYN-A pode estar a caminho de se tornar uma organela: se já é assim é assunto de pesquisa em andamento”, disse Michael J. Follows, professor de ciências terrestres, atmosféricas e planetárias da COM e membro da equipe de pesquisa.
Referência: “Compensações metabólicas restringem a proporção do tamanho da célula em uma simbiose de fixação de nitrogênio” por Francisco M. Cornejo-Castillo, Keisuke Inomura, Jonathan P. Zehr e Michael J. Follows, 11 de março de 2024, Célula.
DOI: 10.1016/j.cell.2024.02.016
