A busca por micróbios que vivem do manganês termina com um século de busca.
Os microbiologistas da Caltech descobriram bactérias que se alimentam do manganês e usam o metal como fonte de calorias. Tais micróbios foram previstos para existir há mais de um século, mas nenhum tinha sido encontrado ou descrito até agora.
“Estas são as primeiras bactérias encontradas a usar o manganês como fonte de combustível”, diz Jared Leadbetter, professor de microbiologia ambiental da Caltech que, em colaboração com o acadêmico de pós-doutorado Hang Yu, descreve as descobertas na edição de 16 de julho da revista Nature. “Um aspecto maravilhoso dos micróbios na natureza é que eles podem metabolizar materiais aparentemente improváveis, como metais, produzindo energia útil para a célula”.
O estudo também revela que as bactérias podem usar manganês para converter dióxido de carbono em biomassa, um processo chamado quimiossíntese. Anteriormente, os pesquisadores conheciam bactérias e fungos que poderiam oxidar o manganês, ou despojá-lo de elétrons, mas eles haviam apenas especulado que micróbios ainda não identificados poderiam ser capazes de aproveitar o processo para impulsionar o crescimento.
Os Leadbetter encontraram as bactérias serendipitalmente após realizar experimentos não relacionados usando uma forma leve e semelhante a calcário de manganês. Ele havia deixado um frasco de vidro sujo com a substância para mergulhar na água da torneira em sua pia de escritório da Caltech antes de partir por vários meses para trabalhar fora do campus. Quando ele voltou, o frasco foi revestido com um material escuro.
“Eu pensei: ‘O que é isso?'”, ele explica. “Comecei a pensar se os micróbios há muito procurados poderiam ser responsáveis, então realizamos testes sistemáticos para descobrir isso”.
O revestimento preto era na verdade manganês oxidado gerado por bactérias recém-descobertas que provavelmente tinham vindo da própria água da torneira. “Há evidências de que parentes dessas criaturas residem em águas subterrâneas, e uma porção da água potável de Pasadena é bombeada de aquíferos locais”, diz ele.
O manganês é um dos elementos mais abundantes na superfície da terra. Os óxidos de manganês tomam a forma de uma substância escura e desajeitada e são comuns na natureza; eles foram encontrados em depósitos subterrâneos e também podem se formar em sistemas de distribuição de água.
“Há todo um conjunto de literatura de engenharia ambiental sobre sistemas de distribuição de água potável que se entupem com óxidos de manganês”, diz Leadbetter. “Mas como e por que razão tal material é gerado ali permaneceu um enigma”. Claramente, muitos cientistas consideraram que as bactérias que utilizam o manganês para energia poderiam ser responsáveis, mas as evidências que sustentam esta idéia não estavam disponíveis até agora”.
A descoberta ajuda os pesquisadores a entender melhor a geoquímica das águas subterrâneas. Sabe-se que as bactérias podem degradar os poluentes nas águas subterrâneas, um processo chamado biorremediação. Ao fazer isso, vários organismos-chave “reduzirão” o óxido de manganês, o que significa que eles doam elétrons a ele, de forma semelhante à forma como os humanos usam o oxigênio no ar. Os cientistas têm se perguntado de onde vem o óxido de manganês, em primeiro lugar.
“As bactérias que descobrimos podem produzi-lo, assim eles desfrutam de um estilo de vida que também serve para fornecer aos outros micróbios o que eles precisam para realizar reações que consideramos benéficas e desejáveis”, diz Leadbetter.
As descobertas da pesquisa também têm possível relevância para a compreensão dos nódulos de manganês que pontilham grande parte do fundo do mar. Essas bolas metálicas redondas, que podem ser tão grandes quanto toranjas, eram conhecidas pelos pesquisadores marinhos já nos cruzeiros do HMS Challenger na década de 1870. Desde então, tais nódulos foram encontrados para alinhar o fundo de muitos dos oceanos da Terra. Nos últimos anos, as empresas de mineração têm feito planos para colher e explorar esses nódulos, pois metais raros são freqüentemente encontrados concentrados dentro deles.
Mas pouco se entende sobre como os nódulos se formam, em primeiro lugar. Yu e Leadbetter agora se perguntam se micróbios similares ao que encontraram na água doce podem desempenhar um papel e planejam investigar mais a fundo o mistério. “Isto ressalta a necessidade de entender melhor os nódulos de manganês marinho antes que eles sejam dizimados pela mineração”, diz Yu.
“Esta descoberta de Jared and Hang preenche uma grande lacuna intelectual em nossa compreensão dos ciclos elementares da Terra, e acrescenta às diversas formas pelas quais o manganês, um metal de transição abstruso mas comum, moldou a evolução da vida em nosso planeta”, diz Woodward Fischer, professor de geobiologia da Caltech, que não estava envolvido no estudo.
Referências:
“Bacterial chemolithoautotrophy via manganese oxidation” by Hang Yu and Jared R. Leadbetter, 16 July 2020, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-020-2468-5
O estudo foi financiado pela NASA e pela Caltech.