Genomic and experimental evidence from Antarctic geothermal sites indicates diverse thermophiles are globally cosmopolitan

Durante décadas, cientistas mantiveram uma visão específica sobre a vida no calor extremo. Eles acreditavam que os microrganismos microscópicos que prosperam em fontes termais ferventes e solos vulcânicos eram como ilhéus, presos em seus próprios bolsões isolados de calor. Como esses ambientes estão espalhados pelo globo e separados por vastas extensões de terras frias e inóspitas, assumia-se que os micróbios amantes do calor que viviam neles não podiam viajar entre eles. A teoria predominante sugeria que, sem a capacidade de formar esporos resistentes e dormentes para sobreviver à jornada, essas criaturas estavam presas onde começaram, evoluindo em isolamento. Essa ideia fazia sentido: se você não consegue sobreviver ao frio, à seca ou à luz ultravioleta severa da atmosfera aberta, você não pode cruzar um oceano ou um continente para encontrar uma nova fonte termal.

No entanto, um novo estudo desafia essa crença de longa data ao observar os pontos mais isolados de calor da Terra: os solos geotérmicos ao redor de vulcões na Antártida. Esses locais são cercados por gelo e neve, longe de outros lugares quentes, tornando-os o caso de teste perfeito para verificar se a vida amante do calor está realmente presa. Ao examinar os projetos genéticos dos micróbios que vivem lá e testar o quão bem eles sobrevivem a condições severas, os pesquisadores descobriram que muitos desses organismos não são residentes locais, de forma alguma. Em vez disso, eles parecem ser viajantes globais, capazes de se mover pelo mundo e se estabelecer em novos e distantes solos quentes, desafiando a ideia de que os amantes do calor extremo são inerentemente estáticos.

A equipe de pesquisa, liderada por cientistas da Nova Zelândia e dos Estados Unidos, concentrou-se em quatro locais geotérmicos específicos na Antártida, incluindo o famoso Monte Erebus, o vulcão ativo mais ao sul do planeta. Eles coletaram amostras de solo dessas áreas quentes e usaram sequenciamento genético avançado para reconstruir os genomas dos micróbios que ali vivem. Em seguida, compararam esses perfis genéticos com um enorme banco de dados global de DNA microbiano de outros ambientes quentes ao redor do mundo. Os resultados foram surpreendentes. Eles descobriram que quase dois terços dos micróbios amantes do calor desses locais isolados da Antártida tinham correspondências genéticas em outras partes do mundo, desde fontes termais nos Estados Unidos até solos na América do Sul. Isso sugere que esses organismos não são únicos da Antártida, mas fazem parte de uma população global disseminada que se desloca entre continentes.

Para entender como esses minúsculos organismos poderiam sobreviver a uma jornada tão longa através da atmosfera congelada, seca e ensolarada, os pesquisadores levaram três desses micróbios da Antártida para o laboratório. Eles submeteram as culturas a condições que mimetizavam uma viagem pelo céu: frio extremo, ausência total de alimento, dessecação e radiação ultravioleta intensa. Os resultados mostraram que esses micróbios eram muito mais resistentes do que o esperado. Embora a luz ultravioleta tenha sido o fator mais prejudicial, matando muitas células, uma parte significativa da população sobreviveu às condições de congelamento e dessecação por semanas. Um dos micróbios, um tipo de Geobacillus, foi capaz de formar esporos, que atuaram como um escudo, permitindo que suportasse a radiação mais severa. Os outros, que não formam esporos, ainda assim conseguiram sobreviver com alta resiliência, sugerindo que possuem sua própria armadura biológica, como altos níveis de mecanismos de reparo de DNA protetores ou pigmentos que os blindam do sol.

O estudo também investigou como esses micróbios poderiam entrar no ar, para começar. Os pesquisadores examinaram núcleos de gelo perfurados de um glaciar próximo ao Monte Erebus, procurando por camadas de cinzas vulcânicas, conhecidas como tefra, que são depositadas durante erupções. Eles descobriram que essas camadas de cinzas eram ricas em micróbios amantes do calor, incluindo muitos que não estavam presentes no gelo circundante. Isso indica que, quando um vulcão entra em erupção, ele atua como um gigantesco elevador, lançando solo e micróbios para o alto da atmosfera, onde podem pegar o vento e viajar grandes distâncias. Além disso, a equipe coletou amostras de ar diretamente dos solos quentes do Monte Erebus e descobriu que micróbios amantes do calor já estavam flutuando no ar acima do vulcão, prontos para serem carregados pelo vento.

Para testar a rapidez com que esses micróbios podem recolonizar uma nova área, os pesquisadores também observaram um local no Havaí que havia sido esterilizado por um fluxo de lava apenas quatro anos antes. Eles descobriram que os solos quentes ali já abrigavam muitos micróbios amantes do calor que eram geneticamente idênticos a linhagens encontradas em outras partes do mundo. Esse retorno rápido de linhagens globais específicas a um local recém-esterilizado sugere que a dispersão não é um evento raro de uma em um milhão, mas uma ocorrência regular que acontece em uma escala de tempo de anos. Os micróbios que chegaram não eram apenas aqueles que podiam formar esporos; muitos eram tipos não formadores de esporos que viajaram de locais distantes, provavelmente atravessando o Oceano Pacífico.

Os pesquisadores identificaram características específicas que parecem ajudar esses micróbios a sobreviver à jornada. Eles descobriram que os viajantes globais tendiam a ter uma proporção maior de certos blocos de construção químicos em seu DNA, o que pode ajudar a proteger contra danos da luz solar. Também descobriram que muitos desses viajantes globais possuíam genes que permitiam comer gases traço encontrados no ar, fornecendo uma fonte de energia enquanto flutuavam pelo céu. Adicionalmente, os viajantes globais eram mais propensos a crescer em uma gama mais ampla de temperaturas, incluindo temperaturas mais baixas e moderadas, o que permitiria que sobrevivessem à jornada fria antes de encontrarem um novo lugar quente para chamar de lar.

Este trabalho altera fundamentalmente nossa compreensão de como a vida se espalha pelo planeta. Ele mostra que a capacidade de viver no calor extremo não significa automaticamente que um organismo esteja preso em um só lugar. Em vez disso, muitos micróbios amantes do calor evoluíram as ferramentas necessárias para sobreviver às condições severas da atmosfera, permitindo que viajem distâncias vastas e colonizem novos ambientes. O estudo sugere que o mundo da vida amante do calor é muito mais conectado do que se pensava anteriormente, com micróbios movendo-se constantemente entre os isolados pontos de calor do globo, carregados pelo vento e pelas erupções vulcânicas ocasionais. Embora o estudo não prove que cada único micróbio amante do calor seja um viajante global, ele fornece evidências fortes de que uma parte significativa deles o é, reescrevendo as regras de como a vida se dispersa nos ambientes mais extremos da Terra.