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4.5: Bactérias profundamente ramificadas

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    objetivos de aprendizagem

    • Descreva as características únicas de bactérias profundamente ramificadas
    • Dê exemplos de bactérias significativas com ramificações profundas

    Em uma árvore filogenética (veja Uma abordagem sistemática), o tronco ou raiz da árvore representa um ancestral evolutivo antigo comum, muitas vezes chamado de último ancestral comum universal (LUCA), e os galhos são seus descendentes evolucionários. Os cientistas consideram que as bactérias profundamente ramificadas, como o gênero Acetothermus, são a primeira dessas formas de vida não Luca produzidas pela evolução há cerca de 3,5 bilhões de anos. Quando colocadas na árvore filogenética, elas derivam da raiz comum da vida, profunda e próxima à raiz de LUCA — daí o nome “ramificação profunda” (Figura\(\PageIndex{1}\)).

    Um diagrama de uma árvore filogenética. Na base está o rótulo LUCA. Isso se ramifica em dois ramos. O ramo à esquerda é a bactéria, o ramo à direita novamente para formar a archaea e Eukarya. O ramo mais baixo da bactéria é o acetotérmico (que é estrelado). Os ramos acima incluem (de baixo para cima): aquífex, termotoga, bactérias filamentosas verdes, bacteroides, citófagos, planctomíceos, gram-positivos, cianobactérias, porteiobactérias e espiroquetas. Ramos da arcaea de baixo para cima: pyrodicticum, thermoproteus, Thermococcus, methanococcus, metanobacterium, methanosarcina e halophies. Ramos da Eukarya de baixo para cima: diplomônadas, microsporídios, tricomonas, flagelados, entamebas, bolores de limo, ciliados, plantas, animais e fungos.
    Figura\(\PageIndex{1}\): A estrela nesta árvore filogenética da vida mostra a posição da bactéria Acetothermus, profundamente ramificada. (crédito: modificação do trabalho de Eric Gaba)

    As bactérias profundamente ramificadas podem fornecer pistas sobre a estrutura e função de formas de vida antigas e agora extintas. Podemos supor que bactérias antigas, como as bactérias profundamente ramificadas que ainda existem, eram termófilas ou hipertermófilas, o que significa que elas prosperaram em temperaturas muito altas. Acetothermus paucivorans, uma bactéria anaeróbica gram-negativa descoberta em 1988 no lodo de esgoto, é um termófilo que cresce a uma temperatura ideal de 58 °C. 1 Os cientistas determinaram que é a bactéria ramificada mais profunda ou a parente evolutiva mais próxima da LUCA (Figura \(\PageIndex{1}\)).

    A classe Aquificae inclui bactérias profundamente ramificadas que são adaptadas às condições mais adversas do nosso planeta, semelhantes às condições que se pensa dominarem a Terra quando a vida apareceu pela primeira vez. As bactérias do gênero Aquifex são hipertermófilas que vivem em fontes termais a uma temperatura superior a 90 °C. A espécie A. pyrophilus se desenvolve perto de vulcões subaquáticos e fontes termais oceânicas, onde a temperatura da água (sob alta pressão) pode chegar a 138 °C. Aquifex as bactérias usam substâncias inorgânicas como nutrientes. Por exemplo, A. pyrophilus pode reduzir o oxigênio e é capaz de reduzir o nitrogênio em condições anaeróbicas. Eles também mostram uma resistência notável à luz ultravioleta e à radiação ionizante. Em conjunto, essas observações apoiam a hipótese de que os ancestrais de bactérias profundamente ramificadas começaram a evoluir há mais de 3 bilhões de anos, quando a Terra estava quente e não tinha atmosfera, expondo as bactérias a radiações não ionizantes e ionizantes.

    A classe Thermotogae é representada principalmente por bactérias gram-negativas hipertermofílicas, bem como por algumas bactérias gram-negativas anaeróbicas mesófilas (preferindo temperaturas moderadas) cujas células estão envoltas em uma membrana externa peculiar em forma de bainha chamada toga. A fina camada de peptidoglicano em sua parede celular tem uma estrutura incomum; contém ácido diaminopimélico e D-lisina. Essas bactérias são capazes de usar uma variedade de substratos orgânicos e produzir hidrogênio molecular, que pode ser usado na indústria. A classe contém vários gêneros, dos quais o mais conhecido é o gênero Thermotoga. Uma espécie desse gênero, T. maritima, vive perto das aberturas termais do oceano e prospera em temperaturas de 90 °C; outra espécie, T. subterranea, vive em reservatórios subterrâneos de petróleo.

    Finalmente, a bactéria profundamente ramificada Deinococcus radiodurans pertence a um gênero cujo nome é derivado de uma palavra grega que significa fruta terrível. Apelidado de “Conan the Bacterium”, D. radiodurans é considerado um poliextremófilo por causa de sua capacidade de sobreviver sob muitos tipos diferentes de condições extremas — calor extremo, seca, vácuo, acidez e radiação. Ele deve seu nome à sua capacidade de suportar doses de radiação ionizante que matam todas as outras bactérias conhecidas; essa habilidade especial é atribuída a alguns mecanismos exclusivos de reparo do DNA.

    Uma micrografia de quatro células redondas formando um quadrado.
    Figura\(\PageIndex{1}\): Deinococcus radiodurans, ou “Conan, a bactéria”, sobrevive nas condições mais adversas da Terra.

    Resumo

    • Bactérias profundamente ramificadas são filogeneticamente as formas de vida mais antigas, sendo as mais próximas do último ancestral comum universal.
    • Bactérias profundamente ramificadas incluem muitas espécies que prosperam em ambientes extremos que, acredita-se, se assemelhem às condições da Terra há bilhões de anos.
    • Bactérias com ramificações profundas são importantes para nossa compreensão da evolução; algumas delas são usadas na indústria

    Notas de pé

    1. 1 G. Dietrich et al. “Acetothermus paucivorans, gen. nov., sp. Nov., uma bactéria termofílica estritamente anaeróbica de lodo de esgoto, fermentando hexoses em acetato, CO 2 e H 2.” Microbiologia Sistemática e Aplicada 10 no. 2 (1988) :174—179.