Existe vida em Marte? Para ajudar a responder a uma das perguntas mais intrigantes da exploração espacial, pesquisadores do Laboratório de Astrobiologia (AstroLab) do Instituto de Química da Universidade de São Paulo (USP) contam com uma aliada inesperada: a bactéria Staphylococcus nepalensis ou S. nepalensis.
Descoberta em 2003 no trato digestivo de cabras do Nepal, ela também foi identificada em vários outros hospedeiros e ambientes, da saliva de gatos domésticos a algumas lagunas hipersalinas na região de Araruama, no Rio de Janeiro, com concentração de sal superior à da água do mar.
Por sua capacidade de sobreviver em um ambiente tão desafiador, a S. nepalensis está sendo estudada em experimentos que simulam algumas condições extremas de Marte. Em especial, as chamadas salmouras intermitentes — pequenos fluxos de água extremamente salgada que se formam por curtos períodos na superfície marciana.
Ao estudar como essa bactéria resiste a concentrações elevadas de sais e mudanças bruscas de salinidade, buscamos compreender melhor até que ponto os ambientes marcianos transitórios, como essas salmouras, poderiam reunir as condições mínimas para a sobrevivência de microrganismos extremófilos. Trata-se de seres vivos capazes de se desenvolver em condições extremas para a maioria das formas de vida conhecidas.
Ambiente hostil
Em 2019, um grupo de pesquisa associado ao AstroLab identificou a presença da S. nepalensis em amostras coletadas no complexo de lagoas que se estende por seis municípios na Região dos Lagos, no litoral fluminense (RJ), e que concentra a maior massa de água hipersalina permanente do mundo.
A bactéria foi encontrada na laguna Brejo do Espinho — um corpo de água salgada que se conecta com o mar por um canal. Essa laguna tem baixa profundidade média, variando entre 2 centímetros e 2 metros, o que contribui para exacerbar a variação da salinidade ao longo do ano.
Nos períodos de seca, a concentração de sal aumenta drasticamente. Nas épocas chuvosas, despenca. Nem todo microrganismo consegue resistir a essa gangorra sazonal. Mas a S. nepalensis adaptou-se tão bem a essas condições que se tornou um modelo muito interessante para testarmos como a vida microbiana poderia ter se desenvolvido e adaptado para sobreviver em um lugar tremendamente hostil: a superfície marciana.
Os sais de Marte
O sal mais abundante do nosso planeta, disparado, é o cloreto de sódio. A Terra também tem grande quantidade de carbonato de cálcio (forma o calcário e o mármore); de sulfato de cálcio (compõe o gesso) e de bicarbonato de sódio (antiácido e ingrediente na culinária).
Nenhum desses sais exibe uma propriedade particularmente nociva aos seres vivos, a caotropicidade. Encontrada em outros compostos, é a capacidade de desorganizar macromoléculas essenciais à vida, como proteínas e DNA. Quando isso acontece, ligações químicas são destruídas e essas moléculas perdem sua forma tridimensional, deixando de desempenhar adequadamente suas funções biológicas.
Em Marte, a abundância de sais é diferente. Desde 2008, com a missão Phoenix, sabemos que a superfície marciana tem quantidades não desprezíveis de percloratos, sais raros na Terra. Os percloratos de cálcio, magnésio e sódio que compõem o regolito (camada de material solto que recobre a superfície de um planeta, lua ou asteroide) marciano são terrivelmente caotrópicos.
Uma outra característica desses sais, no entanto, traz esperança de que Marte possa ser um pouco menos hostil à vida. Percloratos, principalmente os de magnésio e de cálcio, são higroscópicos: atraem moléculas de água e reduzem drasticamente o ponto de congelamento de soluções aquosas. Isso pode favorecer a existência das salmouras na superfície marciana, onde a temperatura média é de cerca de 60 graus Celsius negativos, mas pode oscilar entre 150 graus negativos nos polos e 20 graus positivos próximo ao equador marciano.
Ainda que em minúsculas quantidades e de forma intermitente, a presença dessa água líquida hipersalina poderia ocorrer em Marte durante o verão do planeta, o que é uma informação alentadora para a chance de algum tipo de vida se sustentar ali. No deserto do Atacama, no Chile – ambiente considerado um análogo marciano – foram descobertos extremófilos que usam os percloratos como fonte de energia.
Verões no planeta vermelho
Justamente para entender como a S. nepalensis responderia às oscilações ambientais associadas às salmouras temporárias do verão marciano, desenvolvemos um conjunto de experimentos que reproduzem, em laboratório, algumas das condições do planeta. Os testes simulam ciclos de salmouras temporárias, variações de salinidade e altas concentrações de percloratos para avaliar como microrganismos terrestres respondem a esses ambientes.
As salmouras, por exemplo, não permanecem estáveis ao longo do dia. Conforme a temperatura sobe durante o dia, a água vai descongelando e se torna mais disponível para as ligações químicas essenciais aos processos biológicos. Em paralelo, a presença de mais água em estado líquido contribui para a diluição do sal acumulado na salmoura.
Com a chegada da noite e a queda na temperatura da superfície, ocorre o inverso: essas soluções voltam a congelar, o que diminui a quantidade de água líquida disponível e leva a um processo de dessecação e aumento da concentração de sal da salmoura em congelamento. Desse modo, em um curto período de tempo, ocorrem mudanças bruscas tanto na disponibilidade de água quanto na concentração de sal em solução. Essa instabilidade submete a vida tal como conhecemos a importantes desafios biológicos.
Os resultados dos experimentos Summer on Mars poderão mostrar se a elasticidade adaptativa da S. nepalensis, frente à variação de salinidade na laguna fluminense, pode ser uma via de adaptação diante dos desafios ambientais marcianos.
Transferência de genes
Além da capacidade de se adaptar a grandes variações de salinidade, a S. nepalensis também está sendo estudada por sua capacidade de transferir horizontalmente genes de resistência a antibióticos para a Staphylococcus aureus ou S. aureus, espécie do mesmo gênero encontrada na pele e nas vias respiratórias de seres humanos e outros animais.
Ao contrário da S. nepalensis, a S. aureus pode causar doenças graves e tem sido alvo de pesquisas por sua letalidade em alguns casos infecciosos. A transferência genética horizontal — quando uma espécie transmite parte de seus genes para outra — é especialmente preocupante nesse caso, pois pode tornar a S.aureus ainda mais resistente aos tratamentos disponíveis.
A transferência horizontal de genes acontece numa mesma geração, permitindo que novas características sejam adquiridas sem depender da herança genética transmitida ao longo de muitas gerações. Esse mecanismo pode acelerar processos de adaptação diante de pressões ambientais seletivas. Por isso, compreendê-lo é muito importante para a astrobiologia e para o estudo dos extremófilos. Já a transferência vertical de genes é a bem conhecida transmissão por herança genética, que ocorre de geração em geração.
Os pesquisadores do AstroLab também se debruçam sobre a genética da S. nepalensis para compreender quais mecanismos moleculares estão por trás dessa capacidade de adaptação. O objetivo é identificar quais genes são ativados quando a bactéria é exposta a diferentes estressores ambientais, como as altas concentrações de percloratos e as variações extremas de salinidade.
Os resultados desses estudos devem aprofundar nosso conhecimento sobre a habitabilidade de Marte e sobre os possíveis mecanismos de adaptação da vida microbiana a condições extremas que podem existir em outros planetas e luas.
O autor recebe financiamento da Fapesp. É membro da Força Tarefa da Estratégia Decenal de Pesquisa e Exploração em Astrobiologia da NASA
A autora foi bolsista da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
A autora recebe financiamento da Fapesp e CNPq
Descoberta em 2003 no trato digestivo de cabras do Nepal, ela também foi identificada em vários outros hospedeiros e ambientes, da saliva de gatos domésticos a algumas lagunas hipersalinas na região de Araruama, no Rio de Janeiro, com concentração de sal superior à da água do mar.
Por sua capacidade de sobreviver em um ambiente tão desafiador, a S. nepalensis está sendo estudada em experimentos que simulam algumas condições extremas de Marte. Em especial, as chamadas salmouras intermitentes — pequenos fluxos de água extremamente salgada que se formam por curtos períodos na superfície marciana.
Ao estudar como essa bactéria resiste a concentrações elevadas de sais e mudanças bruscas de salinidade, buscamos compreender melhor até que ponto os ambientes marcianos transitórios, como essas salmouras, poderiam reunir as condições mínimas para a sobrevivência de microrganismos extremófilos. Trata-se de seres vivos capazes de se desenvolver em condições extremas para a maioria das formas de vida conhecidas.
Ambiente hostil
Em 2019, um grupo de pesquisa associado ao AstroLab identificou a presença da S. nepalensis em amostras coletadas no complexo de lagoas que se estende por seis municípios na Região dos Lagos, no litoral fluminense (RJ), e que concentra a maior massa de água hipersalina permanente do mundo.
A bactéria foi encontrada na laguna Brejo do Espinho — um corpo de água salgada que se conecta com o mar por um canal. Essa laguna tem baixa profundidade média, variando entre 2 centímetros e 2 metros, o que contribui para exacerbar a variação da salinidade ao longo do ano.
Nos períodos de seca, a concentração de sal aumenta drasticamente. Nas épocas chuvosas, despenca. Nem todo microrganismo consegue resistir a essa gangorra sazonal. Mas a S. nepalensis adaptou-se tão bem a essas condições que se tornou um modelo muito interessante para testarmos como a vida microbiana poderia ter se desenvolvido e adaptado para sobreviver em um lugar tremendamente hostil: a superfície marciana.
Os sais de Marte
O sal mais abundante do nosso planeta, disparado, é o cloreto de sódio. A Terra também tem grande quantidade de carbonato de cálcio (forma o calcário e o mármore); de sulfato de cálcio (compõe o gesso) e de bicarbonato de sódio (antiácido e ingrediente na culinária).
Nenhum desses sais exibe uma propriedade particularmente nociva aos seres vivos, a caotropicidade. Encontrada em outros compostos, é a capacidade de desorganizar macromoléculas essenciais à vida, como proteínas e DNA. Quando isso acontece, ligações químicas são destruídas e essas moléculas perdem sua forma tridimensional, deixando de desempenhar adequadamente suas funções biológicas.
Em Marte, a abundância de sais é diferente. Desde 2008, com a missão Phoenix, sabemos que a superfície marciana tem quantidades não desprezíveis de percloratos, sais raros na Terra. Os percloratos de cálcio, magnésio e sódio que compõem o regolito (camada de material solto que recobre a superfície de um planeta, lua ou asteroide) marciano são terrivelmente caotrópicos.
Uma outra característica desses sais, no entanto, traz esperança de que Marte possa ser um pouco menos hostil à vida. Percloratos, principalmente os de magnésio e de cálcio, são higroscópicos: atraem moléculas de água e reduzem drasticamente o ponto de congelamento de soluções aquosas. Isso pode favorecer a existência das salmouras na superfície marciana, onde a temperatura média é de cerca de 60 graus Celsius negativos, mas pode oscilar entre 150 graus negativos nos polos e 20 graus positivos próximo ao equador marciano.
Ainda que em minúsculas quantidades e de forma intermitente, a presença dessa água líquida hipersalina poderia ocorrer em Marte durante o verão do planeta, o que é uma informação alentadora para a chance de algum tipo de vida se sustentar ali. No deserto do Atacama, no Chile – ambiente considerado um análogo marciano – foram descobertos extremófilos que usam os percloratos como fonte de energia.
Verões no planeta vermelho
Justamente para entender como a S. nepalensis responderia às oscilações ambientais associadas às salmouras temporárias do verão marciano, desenvolvemos um conjunto de experimentos que reproduzem, em laboratório, algumas das condições do planeta. Os testes simulam ciclos de salmouras temporárias, variações de salinidade e altas concentrações de percloratos para avaliar como microrganismos terrestres respondem a esses ambientes.
As salmouras, por exemplo, não permanecem estáveis ao longo do dia. Conforme a temperatura sobe durante o dia, a água vai descongelando e se torna mais disponível para as ligações químicas essenciais aos processos biológicos. Em paralelo, a presença de mais água em estado líquido contribui para a diluição do sal acumulado na salmoura.
Com a chegada da noite e a queda na temperatura da superfície, ocorre o inverso: essas soluções voltam a congelar, o que diminui a quantidade de água líquida disponível e leva a um processo de dessecação e aumento da concentração de sal da salmoura em congelamento. Desse modo, em um curto período de tempo, ocorrem mudanças bruscas tanto na disponibilidade de água quanto na concentração de sal em solução. Essa instabilidade submete a vida tal como conhecemos a importantes desafios biológicos.
Os resultados dos experimentos Summer on Mars poderão mostrar se a elasticidade adaptativa da S. nepalensis, frente à variação de salinidade na laguna fluminense, pode ser uma via de adaptação diante dos desafios ambientais marcianos.
Transferência de genes
Além da capacidade de se adaptar a grandes variações de salinidade, a S. nepalensis também está sendo estudada por sua capacidade de transferir horizontalmente genes de resistência a antibióticos para a Staphylococcus aureus ou S. aureus, espécie do mesmo gênero encontrada na pele e nas vias respiratórias de seres humanos e outros animais.
Ao contrário da S. nepalensis, a S. aureus pode causar doenças graves e tem sido alvo de pesquisas por sua letalidade em alguns casos infecciosos. A transferência genética horizontal — quando uma espécie transmite parte de seus genes para outra — é especialmente preocupante nesse caso, pois pode tornar a S.aureus ainda mais resistente aos tratamentos disponíveis.
A transferência horizontal de genes acontece numa mesma geração, permitindo que novas características sejam adquiridas sem depender da herança genética transmitida ao longo de muitas gerações. Esse mecanismo pode acelerar processos de adaptação diante de pressões ambientais seletivas. Por isso, compreendê-lo é muito importante para a astrobiologia e para o estudo dos extremófilos. Já a transferência vertical de genes é a bem conhecida transmissão por herança genética, que ocorre de geração em geração.
Os pesquisadores do AstroLab também se debruçam sobre a genética da S. nepalensis para compreender quais mecanismos moleculares estão por trás dessa capacidade de adaptação. O objetivo é identificar quais genes são ativados quando a bactéria é exposta a diferentes estressores ambientais, como as altas concentrações de percloratos e as variações extremas de salinidade.
Os resultados desses estudos devem aprofundar nosso conhecimento sobre a habitabilidade de Marte e sobre os possíveis mecanismos de adaptação da vida microbiana a condições extremas que podem existir em outros planetas e luas.
O autor recebe financiamento da Fapesp. É membro da Força Tarefa da Estratégia Decenal de Pesquisa e Exploração em Astrobiologia da NASA
A autora foi bolsista da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
A autora recebe financiamento da Fapesp e CNPq
