Microrganismos desafiam pH 12 no fundo do mar e revelam limites da vida em novo estudo alemão

Introdução: um laboratório natural sob pressão, sal e alcalinidade

As profundezas oceânicas concentram condições que, à primeira vista, parecem incompatíveis com a manutenção de processos biológicos. A soma da pressão hidrostática, da escassez de nutrientes e de valores extremos de pH cria um cenário em que apenas microrganismos altamente adaptados conseguem subsistir. Foi nesse contexto que pesquisadores do Departamento de Geociências da Universidade de Bremen, na Alemanha, investigaram dois vulcões de lama recém-mapeados no antearco das Marianas, região próxima ao ponto mais profundo conhecido dos oceanos. O objetivo foi decifrar, a partir de biomarcadores lipídicos, de que maneira comunidades microbianas conseguem prosperar num ambiente onde o pH atinge 12 — um dos índices mais elevados já medidos em ecossistemas marinhos.

Quem participa da pesquisa e como o trabalho foi conduzido

A equipe responsável pelo estudo integra o grupo de Geoquímica Orgânica do Departamento de Geociências da Universidade de Bremen. O trabalho reuniu especialistas em geoquímica, microbiologia e ciência dos sistemas terrestres. Amostras de sedimento foram coletadas durante uma expedição realizada em 2022, utilizando equipamentos de amostragem de alta precisão para acessar o interior dos vulcões de lama. As análises subsequentes concentraram-se na identificação de lipídios celulares preservados no sedimento, estratégia adotada porque, em locais com biomassa muito reduzida, a extração de DNA tende a ser ineficaz.

Onde se localizam os vulcões de lama analisados

Os dois vulcões investigados ficam no antearco das Marianas, no Oceano Pacífico. Essa área é notória por abrigar a Fossa das Marianas, onde a profundidade média supera 3,7 mil metros. As formações analisadas são estruturas de cone com cratera central, semelhantes a vulcões convencionais, mas em vez de expelirem magma e cinzas, liberam lama, gases — principalmente dióxido de carbono e metano — e, em alguns casos, água aquecida. Tais características fornecem condições geoquímicas singulares, tornando esses locais laboratórios naturais para estudos sobre a origem e os limites da vida.

O que diferencia o ambiente: pH extremo e energia derivada de rochas

O fator mais marcante dos vulcões de lama estudados é o pH de 12, muito acima dos valores que prevalecem na maioria dos ambientes marinhos profundos. Além disso, as comunidades microbianas presentes não contam com abundância de carbono orgânico proveniente da superfície. Elas obtêm energia a partir de processos de serpentinização, nos quais minerais das rochas ultramáficas reagem com a água do mar, gerando hidrogênio e, consequentemente, condições adequadas para a formação de metano. Esse fluxo geoquímico cria nichos para microrganismos capazes de metabolizar metano e sulfato sem necessitar, num primeiro momento, de matéria orgânica proveniente do oceano acima.

Metodologia: por que biomarcadores lipídicos substituem o DNA em locais de baixa biomassa

Em ambientes onde a densidade celular é muito baixa, a extração de material genético pode não produzir resultados quantitativos ou qualitativos significativos. Para contornar essa limitação, os pesquisadores recorreram à detecção de lipídios, moléculas que compõem as membranas celulares e podem permanecer preservadas no sedimento por longos períodos. Analisando a integridade e a assinatura isotópica desses lipídios, a equipe conseguiu diferenciar entre comunidades microbianas atualmente vivas, recém-extintas ou fossilizadas. A metodologia baseou-se em cromatografia e espectrometria de massas, capaz de identificar traços em níveis muito abaixo do que seria possível com técnicas convencionais.

Resultados principais: múltiplas gerações de vida sob condições inóspitas

Os resultados indicam a presença simultânea de lipídios intactos e degradados. Essa combinação sinaliza que os vulcões de lama abrigam, hoje, populações microbianas ativas, ao mesmo tempo em que preservam vestígios de comunidades que existiram em épocas passadas. A assinatura isotópica dos lipídios revela que esses organismos utilizam dióxido de carbono e hidrogênio para gerar metano, processo que ocorre independentemente do suprimento de carbono orgânico transportado da superfície. Dessa forma, o estudo comprova uma cadeia trófica autônoma, sustentada pela geoquímica das próprias rochas.

Contribuição para o ciclo global do carbono

As comunidades detectadas atuam no metabolismo do metano em profundidades onde a luz solar não penetra. Ainda que o volume total de biomassa seja baixo, a atividade microbiana nesses nichos extremos influencia o balanço de carbono em escala planetária, pois o metano produzido pode escapar para a coluna d’água ou ser consumido por outros microrganismos antes de atingir a superfície. Assim, mesmo em quantidades discretas, esses processos contribuem para regular a concentração de gases de efeito estufa na atmosfera.

Idade das comunidades: distinção entre células vivas e fósseis

A análise de integridade dos lipídios permite estabelecer a idade relativa dos microrganismos. Moléculas preservadas indicam que a célula está viva ou morreu há pouco tempo. Já lipídios alterados, convertidos em geomoléculas, apontam para assembléias biológicas ancestrais. Essa distinção oferece uma janela temporal que ajuda a reconstruir a história ecológica do local, sugerindo etapas sucessivas de colonização microbiana, possivelmente moduladas por variações na atividade dos vulcões de lama e na disponibilidade de gases redutores.

Implicações para a origem da vida

Embora o estudo se concentre em dados atuais, as condições observadas — pH elevado, aporte de hidrogênio e ausência de luz — lembram cenários propostos para a Terra primitiva. A presença de microrganismos que prosperam sem necessidade de carbono orgânico externo reforça a hipótese de que habitats semelhantes possam ter servido de berço para as primeiras formas de vida, quando o planeta ainda não contava com fotossíntese generalizada. Assim, investigar esses sistemas modernos ajuda a refinar os modelos sobre a transição da geoquímica para a biologia nos primórdios terrestres.

Relevância metodológica: uma ferramenta para regiões de biomassa mínima

A combinação de isótopos estáveis com biomarcadores lipídicos provou ser especialmente útil em áreas onde a biomassa total é ínfima. Ao identificar lipídios específicos de metanogênese e de redução de sulfato, os pesquisadores conseguiram driblar os obstáculos impostos pela baixa contagem celular. Essa abordagem amplia o espectro de ambientes passíveis de investigação microbiológica, possibilitando estudos em zonas ainda menos exploradas do que as já analisadas.

Contexto oceanográfico: extensão e desconhecimento do fundo marinho

O fundo do oceano cobre cerca de 71 % da superfície sólida do planeta, mas apenas uma fração foi examinada de forma detalhada. A média de profundidade em torno de 3,7 km, somada às pressões superiores a 370 atm, torna a exploração um desafio técnico. Mesmo assim, cada nova expedição, como a que coletou as amostras deste estudo, amplia o inventário de formações geológicas e comunidades biológicas, revelando que a vida se adapta a parâmetros antes considerados proibitivos.

Vulcões de lama: funcionamento e importância

Diferentes dos vulcões magmáticos, os vulcões de lama ejetam sedimento fluido, gases e, ocasionalmente, água aquecida. Esses fluxos resultam de processos tectônicos que permitem a ascensão de fluidos pressurizados, carregando partículas finas e compostos dissolvidos. O material expelido serve como substrato químico e físico para microrganismos, criando ecossistemas únicos que, apesar de discretos em escala, têm implicações para a compreensão da dinâmica tectônica e biogeoquímica marinha.

Perspectivas futuras de pesquisa

Os autores do trabalho indicam que, com a metodologia refinada, será possível mapear de maneira mais abrangente a distribuição de micróbios metanogênicos em outros sistemas de alto pH. Além disso, integrar dados de lipídios com análises metabólicas emergentes pode esclarecer os limites termodinâmicos de processos biológicos nas profundidades oceânicas. A expectativa é que investigações semelhantes sejam aplicadas a formações extremas em diversas bacias, ampliando o conhecimento sobre a resiliência da vida em nosso planeta.