Nitroplasto: algas marinhas descobertas a captar azoto da atmosfera

Cientistas identificaram uma espécie de alga marinha que possui uma organela capaz de captar azoto da atmosfera - uma capacidade que, até agora, se julgava exclusiva de determinadas bactérias simbióticas.

A equipa internacional responsável pela descoberta considera que esta aptidão das algas nasceu de uma relação endossimbiótica: uma cianobactéria fixadora de azoto terá sido englobada por uma célula ancestral de alga marinha. Num caso extremo de interdependência, a bactéria acabou por abandonar a autonomia enquanto organismo, perdendo muitos dos seus genes e passando a depender da alga unicelular para sobreviver.

Não é, porém, o único caso em que uma união entre micróbios deu origem a uma estrutura celular. As estrelas da bioquímica, como os cloroplastos - as minúsculas fábricas que transformam a luz solar em energia e sem as quais a maior parte da vida na Terra seria impossível - e as mitocôndrias - as centrais energéticas das células, que produzem formas utilizáveis de energia - também começaram como uma espécie de coabitação microbiana.

O nitroplasto e a endossimbiose primária

Ainda assim, descobrir um tipo inteiramente novo de organela não é algo habitual. Os cientistas chamaram-lhe «nitroplasto» e este representa apenas o quarto exemplo de endossimbiose primária alguma vez registado.

«É muito raro surgirem organelas a partir deste tipo de processos», afirma o biólogo Tyler Coale, da Universidade da Califórnia (UC) em Santa Cruz e primeiro autor de um dos dois artigos recentes sobre a descoberta.

«A primeira vez que pensamos que isto aconteceu deu origem a toda a vida complexa», diz, referindo-se à origem das mitocôndrias. «Tudo o que é mais complexo do que uma célula bacteriana deve a sua existência a esse acontecimento.»

Depois, há cerca de mil milhões de anos, o processo repetiu-se com o cloroplasto, dando origem às plantas.

As bactérias fixadoras de azoto são indispensáveis à sobrevivência das plantas em todo o planeta. Habitualmente, vivem em nódulos nas raízes, que poderão ser visíveis quando se desenterra uma planta de ervilha ou de feijão num jardim. Até agora, assumia-se que esta relação apenas podia existir sob a forma de simbiose.

A estrutura responsável pela fixação de azoto foi encontrada em Braarudosphaera bigelowii e em espécies aparentadas, algas marinhas presentes nos oceanos de todo o mundo e com um registo fóssil que remonta a cerca de 100 milhões de anos.

Como a UCYN-A se tornou uma organela

Durante décadas, os investigadores tiveram dificuldade em cultivar estas algas em laboratório. Por isso, não conseguiam determinar se o seu componente fixador de azoto, conhecido como UCYN-A, era uma bactéria simbiótica ou se tinha renunciado à independência para se tornar uma organela.

Em março deste ano, o biólogo marinho Jonathan Zehr, da UC Santa Cruz, e outros colaboradores publicaram um artigo na Cell que demonstrava que a UCYN-A apresentava, de facto, as características de uma organela. Entre elas estava um aumento de tamanho associado ao crescimento da alga hospedeira, indicando que os seus metabolismos estão intrinsecamente ligados.

Mas, como explica Zehr, a simbiose só passa a ser, por assim dizer, biosis propriamente dita quando o endossimbionte começa a «deitar fora partes do ADN».

Como o invasor simbiótico se encontra fora do núcleo da célula, o seu material genético não é reorganizado durante a reprodução sexual juntamente com o ADN da própria célula, o que permite preservá-lo ao longo das gerações. Em contrapartida, qualquer ADN situado fora do núcleo do hospedeiro está mais exposto a danos, aumentando a probabilidade de o hóspede simbiótico deixar de conseguir funcionar como uma célula independente.

Foi precisamente isso que Coale, Zehr e os colegas observaram no estudo seguinte: o genoma da UCYN-A tinha encolhido tanto que passou a depender da importação de proteínas produzidas por B. bigelowii.

«Os seus genomas vão ficando cada vez mais pequenos e começam a depender da célula-mãe para obter esses produtos genéticos - ou a própria proteína -, que tem de ser transportada para a célula», afirma Zehr.

Impacto nos oceanos e na agricultura

Estes momentos, em que dois organismos distintos se fundem, desafiam as noções lineares da evolução e lembram-nos de que a vida é muito mais fluida - e interligada - do que geralmente reconhecemos, mesmo nos seus níveis mais elementares.

Contudo, os cientistas acreditam que a descoberta também poderá ter implicações importantes para a agricultura e para a ciência marinha. Foram encontradas diferentes estirpes de UCYN-A nos oceanos de todo o mundo, dos trópicos ao Ártico, pelo que o nitroplasto será provavelmente um grande contribuinte para a produção de proteínas no oceano.

Esta investigação foi publicada nas revistas Science e Cell.