A disponibilidade de alimentos e energia causa mudanças físicas nos microrganismos amantes do ácido, que são usados ​​para estudar a história climática da Terra, de acordo com uma pesquisa do Dartmouth College.

A descoberta de que outros fatores além da temperatura podem influenciar as membranas das arquéias unicelulares aumenta a complexidade dos estudos paleoclimáticos que tradicionalmente usavam os restos fossilizados do micróbio para reconstruir as condições climáticas passadas.

As arquéias são um dos três principais domínios da vida, ao lado de bactérias e eucariontes, o domínio que inclui animais e plantas.

O resultado da pesquisa, publicado na Environmental Microbiology , pode ajudar a resolver desacordos na pesquisa paleoclima e apoiar uma compreensão mais detalhada dos sistemas climáticos do planeta.

“Os biomarcadores, como as moléculas de gordura que compõem as membranas celulares de nossos corpos, podem ser poderosos registradores do ambiente que podem durar bilhões de anos”, disse William Leavitt, professor assistente de ciências da terra em Dartmouth. “A motivação desta pesquisa foi explicar melhor como as arquéias respondem a todos os principais tipos de estresse em seu ambiente e como registram esse estresse nas moléculas de gordura que duram ao longo do tempo geológico”.

As membranas celulares são construídas a partir de lipídios que protegem as células de mudanças em seu ambiente, como temperatura, acidez e disponibilidade de alimentos. As flutuações nessas condições externas podem fazer com que os organismos alterem sua estrutura de membrana para ajudar na sobrevivência.

As arquéias comuns dos oceanos respondem a mudanças de temperatura alterando a “eficiência de empacotamento” de suas membranas lipídicas . A proximidade deste empacotamento lado a lado entre os lipídios individuais pode ser ajustada ajustando o número de anéis moleculares nos lipídios. Contar o número de anéis nesses lipídios preservados permite que os pesquisadores usem depósitos antigos dos microrganismos para determinar as temperaturas passadas do oceano.

Embora a maioria das pesquisas sobre membranas archaeais tenha se concentrado em espécies que vivem em lagos e oceanos, os pesquisadores de Dartmouth estudaram termoacidófilos – parentes ácidos e amantes do calor que originalmente evoluíram em fontes termais e prosperam em alguns dos ambientes mais extremos da Terra. Em vez de estudar como o micróbio reagiu às mudanças de temperatura, a equipe de pesquisa concentrou-se nos efeitos da variação da disponibilidade de alimentos e energia .

“A ideia de que o acesso a alimentos estimula alterações na membrana foi recentemente proposta em arquéias de baixa temperatura que vivem no oceano. Esta é a primeira demonstração de que esse efeito também ocorre em micróbios amantes de ácido e de alta temperatura”, disse Leavitt, que atuou como pesquisador sênior no estudo.

O laboratório de Dartmouth usou um termoacidófilo chamado Sulfolobus acidocaldarius para os experimentos por causa de sua estreita relação evolutiva com as arquéias que habitam os oceanos e porque era comum em ambientes extremos ao longo de grande parte da história passada do planeta, dando aos pesquisadores uma janela para as condições anteriores do planeta. A rápida taxa de crescimento do micróbio também o torna útil em experimentos de laboratório.

Os pesquisadores colocaram o organismo em um biorreator com uma temperatura constante de 80 graus Celsius escaldante e um nível de pH próximo ao do ácido da bateria. Ao controlar a quantidade de açúcar disponível para o micróbio, a equipe demonstrou que os níveis de alimentos estão diretamente ligados ao número de anéis na membrana.

“Essa abordagem baseada em biorreator foi única porque nos permitiu isolar completamente o efeito de limitar o açúcar a esses micróbios”, disse Alice Zhou, que foi a primeira autora do estudo enquanto era estudante de graduação em Dartmouth. “Isso é diferente da grande maioria dos experimentos de microbiologia que são realizados em culturas em lotes de sistema fechado, onde várias variáveis ​​como química da solução e tamanho da população mudam ao longo do tempo e confundem resultados”.

A pesquisa tem como objetivo ajudar geólogos e climatologistas em seus esforços para ajustar os registros das temperaturas passadas da superfície do mar, ao reunir retratos do clima passado da Terra.

“É fundamental que tenhamos o maior cuidado possível quando interpretamos o registro geológico. É muito raro que haja apenas um fator em jogo. Precisamos entender todos os parâmetros antes de fazer projeções em geral”, disse Leavitt.

De acordo com a equipe de pesquisa, o proxy existente que se baseia em dados das membranas archaeais para determinar temperaturas passadas – conhecido como TEX86 – é preciso na maioria dos ambientes da superfície do mar. No entanto, existem anomalias visíveis em locais como as regiões polares, onde as temperaturas previstas pelo TEX86 podem discordar das medições reais.

Como existem condições sob as quais o atual proxy TEX86 pode levar a resultados inconclusivos, espera-se que a pesquisa possa ajudar a refinar os registros climáticos onde existem divergências.

Segundo a pesquisa, a limitação de energia é um fenômeno comum que faz com que esses micróbios alterem os tipos e estruturas de lipídios produzidos. Esta pesquisa sugere que a resposta dos lipídios à limitação de energia pode ser universal em todas as arquéias e, portanto, deve sempre ser considerada ao avaliar o que os lipídios recuperados de sedimentos antigos podem estar dizendo à comunidade de pesquisa.