Pesquisadores do MIT encontraram novas pistas químicas em rochas muito antigas que sugerem que alguns dos primeiros animais da Terra foram provavelmente os ancestrais das esponjas marinhas modernas.
Relatório em v Anais da Academia Nacional de Ciênciasequipe descreve a descoberta de “fósseis químicos” preservados em rochas com mais de 541 milhões de anos. Estes fósseis químicos são vestígios de moléculas biológicas outrora produzidas por organismos vivos e que mais tarde foram enterradas, alteradas e bloqueadas em sedimentos durante centenas de milhões de anos.
As moléculas recentemente identificadas pertencem a um grupo chamado esteronas, que são resíduos estáveis de esteróis, como o colesterol, que fazem parte das membranas celulares da vida complexa. Ao analisar a sua estrutura, os cientistas associaram estas esteronas às demosubica, um importante grupo de esponjas marinhas. Hoje, as esponjas demo vêm em vários formatos, tamanhos e cores e vivem nos oceanos do mundo como filtros suaves. Seus parentes antigos eram provavelmente semelhantes por serem organismos marinhos moles.
“Não sabemos exatamente como seriam esses organismos na época, mas eles teriam vivido no oceano, seriam macios e presumimos que não tinham um esqueleto de pedra”, diz Roger Summons, Professor Emérito de Geobiologia da Schlumberger no Departamento de Ciências da Terra, Atmosféricas e Planetárias (EAPS) do MIT.
A presença destas características químicas específicas da esponja confirma que os ancestrais das demospongas estavam entre os primeiros animais a evoluir, muito antes da maioria dos outros grandes grupos de animais.
A equipe de pesquisa inclui a autora principal Lyubna Shavar, ex-bolsista de pós-doutorado do MIT EAPS Crosby que agora é pesquisadora na Caltech, bem como Samsons e colegas Gordon Love da Universidade da Califórnia, Riverside, Benjamin Uweges da Universidade Cornell, Alex Zumberg da GeoMark Research em Houston, Paco Cárdenas da Universidade de Uppsala na Suécia, e Jose Luis Guiner da Faculdade de Ciências Ambientais e Florestais da Universidade Estadual de Nova York.
Revisitando a descoberta de 2009 em rochas pré-cambrianas
Este trabalho baseia-se na pesquisa publicada pela primeira vez pelo grupo em 2009. Naquela época, eles analisaram rochas de um afloramento em Omã e encontraram uma concentração incomumente alta de esteronas derivadas de esteróis de 30 carbonos (C30). Acontece que essas raras moléculas de esteróides vêm de antigas esponjas marinhas.
As rochas datam do período Ediacarano, que durou cerca de 635 milhões a 541 milhões de anos atrás, pouco antes do período Cambriano, quando a vida multicelular complexa se diversificou rapidamente. Descobertas anteriores sugerem que as esponjas existiam muito antes da explosão cambriana e podem ter estado entre os primeiros animais do planeta.
Nem todos concordaram. Alguns pesquisadores sugeriram que as esteronas C30 podem ter sido produzidas por outros organismos ou mesmo formadas por processos geológicos não biológicos.
Um novo estudo acrescenta peso à hipótese da esponja. A equipe identificou outro fóssil químico distinto nas mesmas rochas pré-cambrianas que provavelmente veio de organismos vivos, e não apenas da química.
Esteróis raros e a busca pela vida animal precoce
Tal como nos estudos anteriores, os investigadores examinaram rochas da idade Ediacarana recolhidas em testemunhos de perfuração e afloramentos em Omã, nas Índias Ocidentais e na Sibéria. Eles procuraram esteronas, que são versões estáveis de esteróis encontrados em todos os eucariontes (plantas, animais e qualquer organismo com núcleo e organelas ligadas à membrana).
“Você não é um eucarioto se não tiver esteróis ou lipídios de membrana comparáveis”, diz Sammons.
Os esteróis compartilham uma estrutura básica que consiste em quatro anéis de carbono ligados. Diferentes organismos alteram esta estrutura adicionando cadeias laterais de carbono e outros grupos químicos, dependendo dos genes que carregam. Nos seres humanos, o colesterol contém 27 átomos de carbono, enquanto os esteróis vegetais normalmente contêm 29.
“É muito incomum encontrar um esterol com 30 carbonos”, diz Shavar.
Estudos anteriores identificaram um esteril de 30 carbonos ligado a uma enzima específica codificada por um gene comum em demogaps. Na nova análise, a equipe percebeu que o mesmo gene também pode produzir o ainda mais raro esterol de 31 carbonos (C31). Quando reexaminaram as suas amostras de rochas, encontraram grandes quantidades de esteronas C31 juntamente com formas C30 previamente identificadas.
“Essas esteronas especiais sempre estiveram presentes”, diz Shavar. “Foi preciso fazer as perguntas certas para encontrá-los e realmente entender seu significado e de onde vêm.”
Estudos laboratoriais confirmam a origem biológica
Para confirmar a fonte, os cientistas estudaram demospongas vivas e descobriram que algumas espécies produzem esteróis C31, os precursores biológicos dos esteróis C31 preservados nas rochas. Eles então sintetizaram oito esteróis C31 diferentes em laboratório para servir como compostos de referência. Depois de expor essas moléculas a condições que imitam o soterramento e as transformações geológicas ao longo de milhões de anos, eles compararam os resultados com amostras antigas.
Apenas dois dos oito esteróis sintetizados foram convertidos em compostos correspondentes aos esteróis C31 encontrados nas rochas. A ausência dos seis produtos restantes indica que as moléculas não foram criadas por reações químicas aleatórias no ambiente.
Tomados em conjunto, os dados da química das rochas, das esponjas modernas e das experiências de laboratório apoiam a conclusão de que as esteronas se originam de organismos vivos. Esses organismos foram provavelmente os primeiros ancestrais das esponjas demo, que ainda hoje mantêm a capacidade de produzir compostos semelhantes.
“É uma combinação do que está numa rocha, do que está numa esponja e do que se pode fazer num laboratório de química”, diz Summons. “Você tem três linhas de evidência concordantes e de apoio que apontam para que essas esponjas estejam entre os primeiros animais da Terra.”
“Neste estudo, mostramos como autenticar um biomarcador, confirmando que o sinal realmente vem da vida e não da poluição ou da química não biológica”, acrescenta Shawar.
Ampliando a busca pelos primeiros animais
Agora que os esteróis C30 e C31 são indicadores fiáveis de esponjas antigas, os investigadores planeiam estudar rochas de outras partes do mundo. Até agora, as amostras mostram que estas esponjas viveram no período Ediacarano. Com o material adicional, a equipa espera determinar com mais precisão quando alguns dos primeiros animais apareceram pela primeira vez.
Esta pesquisa foi apoiada em parte pela Fundação Crosby do MIT, pelo Distinguished Graduate Program, pela Simons Foundation Collaboration para o Estudo da Origem da Vida e pelo Programa de Exobiologia da NASA.
