Na África do Sul, cientistas encontraram bactérias que obtêm energia por meio de reações químicas impulsionadas pela radiação natural das rochas. A descoberta abre novas possibilidades para investigar a existência de vida sob a superfície de outros planetas.
A 2.800 metros de profundidade, na mina de ouro Mponeng, na África do Sul, um grupo internacional de cientistas descobriu microrganismos capazes de sobreviver sem luz solar e praticamente isolados dos ecossistemas da superfície. A descoberta, documentada em estudos publicados em 2006 e 2008, revelou que determinadas bactérias podem obter energia de reações químicas impulsionadas pela radioatividade natural das rochas — um mecanismo que mudou a compreensão dos limites da vida na Terra.
A pesquisa foi realizada em águas subterrâneas retidas em fraturas de rochas antigas, onde as altas temperaturas, a ausência de luz e a escassez de nutrientes criam condições extremamente difíceis para a maioria dos organismos conhecidos.
Entre os microrganismos identificados está Candidatus Desulforudis audaxviator, uma bactéria cujo metabolismo pode funcionar sem depender diretamente da fotossíntese que sustenta grande parte da vida na superfície terrestre.
A descoberta também despertou o interesse da NASA por suas implicações para a busca de possíveis ecossistemas ocultos sob a superfície de Marte e de outros corpos do Sistema Solar.
A descoberta ocorreu em uma das minas mais profundas do mundo
Mponeng fica na bacia mineradora de Witwatersrand, perto de Joanesburgo, região conhecida por suas importantes jazidas de ouro.
As instalações subterrâneas da mina chegam a profundidades extraordinárias, onde as temperaturas naturais das rochas representam um dos maiores desafios para a atividade mineradora.
Em pesquisas realizadas no início dos anos 2000, cientistas tiveram acesso a águas que circulavam por fraturas geológicas localizadas a aproximadamente 2,8 quilômetros abaixo da superfície.
Esses fluidos permaneciam em contato com rochas antigas, em um ambiente isolado da luz solar e com poucas trocas com os sistemas da superfície.
As medições em uma das fraturas estudadas registraram água a aproximadamente 52 °C, enquanto as condições térmicas em áreas profundas da mina podem ultrapassar 60 °C.
Em vez de encontrar um ambiente completamente estéril, os pesquisadores identificaram comunidades bacterianas adaptadas a essas condições.
Os primeiros resultados relevantes foram publicados em 20 de outubro de 2006 na revista científica Science, em uma pesquisa liderada por Li-Hung Lin e colaboradores.
O estudo combinou análises geoquímicas, microbiológicas e moleculares para entender como organismos vivos poderiam sobreviver em um ambiente aparentemente desconectado das fontes habituais de energia biológica.
As bactérias aproveitam a radioatividade natural das rochas
A explicação para o fenômeno está relacionada a um processo conhecido como radiólise da água.
Nas profundezas da Terra existem elementos radioativos naturais, como urânio, tório e alguns de seus produtos de decaimento.
A radiação liberada nesses processos pode interagir com as moléculas de água e provocar sua decomposição química.
Entre os produtos gerados estão o hidrogênio molecular e substâncias oxidantes, que podem participar de novas reações com os minerais presentes nas rochas.
Uma das consequências dessas transformações é a disponibilidade de compostos de enxofre, como o sulfato.
Determinadas bactérias podem usar o hidrogênio como fonte de elétrons e o sulfato como aceptor de elétrons, obtendo energia por meio de um processo metabólico conhecido como redução de sulfato.
Isso permite que os microrganismos mantenham suas funções celulares sem precisar de energia proveniente da luz solar.
É importante fazer uma distinção: as bactérias não se alimentam diretamente de urânio nem absorvem radioatividade como se ela fosse um nutriente.
Seu metabolismo utiliza substâncias químicas cuja disponibilidade está relacionada, em parte, à radiação natural que atua sobre a água e os minerais.
Nesse sistema, a energia necessária para sustentar a vida vem de transformações geoquímicas que podem continuar por períodos extremamente longos.
Uma única espécie dominava praticamente todo o ecossistema
Em 2008, outro estudo publicado na Science, liderado por Dylan Chivian, permitiu conhecer melhor as características dos microrganismos encontrados.
Os cientistas analisaram o material genético recuperado da água de uma fratura situada a 2,8 quilômetros de profundidade.
Os resultados foram surpreendentes.
Mais de 99,9% dos microrganismos identificados naquela amostra de água pertenciam a uma mesma população bacteriana, denominada Candidatus Desulforudis audaxviator.
O número não significa que toda a mina de Mponeng contenha exclusivamente essa espécie, mas que a comunidade microbiana da fratura examinada apresentava uma diversidade extraordinariamente baixa.
A análise permitiu reconstruir um genoma completo com aproximadamente 2,35 milhões de pares de bases.
Os pesquisadores encontraram genes associados a diferentes funções necessárias para manter um metabolismo independente.
Entre elas estavam mecanismos para obter energia por meio da redução de sulfato, incorporar carbono inorgânico e fixar nitrogênio.
Essa combinação de capacidades sugere que a bactéria dispõe de recursos metabólicos para produzir seus próprios componentes celulares usando substâncias químicas disponíveis no ambiente.
O estudo também identificou características genéticas relacionadas à mobilidade e à formação de esporos, estruturas que podem favorecer a sobrevivência em períodos desfavoráveis.
No entanto, algumas dessas capacidades foram inferidas a partir de informações genéticas e não foram comprovadas experimentalmente, de forma direta, em cada função nas condições naturais da mina.
Um ecossistema que pode permanecer isolado por milhões de anos
Outro aspecto relevante da descoberta é a idade das águas subterrâneas.
Os pesquisadores analisaram sistemas de fraturas com fluidos que têm uma história de isolamento geológico extremamente prolongada.
Algumas estimativas indicam que essas águas podem permanecer isoladas por milhões de anos.
Isso não significa que as bactérias encontradas tenham milhões de anos, mas que suas populações podem ter se mantido por longos períodos em ambientes com pouca troca com a superfície.
A disponibilidade de energia também é limitada.
Ao contrário dos ecossistemas em que a radiação solar permite gerar grandes quantidades de matéria orgânica, as comunidades profundas precisam aproveitar processos químicos relativamente lentos.
Essa condição pode favorecer metabolismos de baixa intensidade e taxas de crescimento reduzidas.
A pesquisa em Mponeng ajudou a demonstrar que a vida subterrânea não depende necessariamente da chegada de nutrientes orgânicos da superfície.
Em determinadas circunstâncias, reações entre água, minerais e radiação natural podem sustentar, por si só, sistemas microbianos.
Por que a descoberta interessa à NASA
A importância científica dessas bactérias vai muito além da mineração sul-africana.
Durante anos, a busca por vida extraterrestre esteve estreitamente associada a ambientes onde pudesse haver água líquida e alguma fonte de energia.
A descoberta em Mponeng mostrou que a luz solar não é indispensável a todos os ecossistemas.
Em planetas como Marte, cuja superfície apresenta condições hostis à vida conhecida, o subsolo pode oferecer ambientes mais protegidos da radiação externa e das variações extremas de temperatura.
Se houver água líquida, minerais adequados e fontes de energia geoquímica, pode haver condições capazes de sustentar determinados metabolismos microbianos.
A NASA destacou as pesquisas de Mponeng em seus programas de astrobiologia, usando-as como exemplo de ecossistemas terrestres que funcionam sem depender diretamente da fotossíntese.
A experiência também é interessante para o estudo de possíveis ambientes sob as superfícies geladas de luas como Europa, satélite de Júpiter.
No entanto, encontrar bactérias capazes de viver dessas reações na Terra não demonstra que existam organismos semelhantes em Marte, Europa ou outros mundos.
Para comprovar essa possibilidade, seria necessário verificar a presença de condições ambientais compatíveis e obter evidências biológicas independentes.
A mineração abriu uma janela para a vida nas profundezas da Terra
A descoberta também demonstra o valor das escavações de minas como pontos de acesso a ambientes geológicos difíceis de investigar por outros métodos.
As galerias profundas permitem estudar diretamente rochas, fraturas e águas que estão fora do alcance da maioria das perfurações científicas convencionais.
Em Mponeng, essa possibilidade permitiu coletar amostras de um ecossistema que teria permanecido oculto sem a infraestrutura criada para a extração de ouro.
Os resultados trouxeram informações sobre a interação entre microrganismos, minerais e fluidos subterrâneos.
Essas relações são relevantes para a geomicrobiologia, disciplina que estuda como os seres vivos influenciam os processos geológicos e como as condições minerais determinam suas possibilidades de sobrevivência.
Também podem ajudar a compreender transformações químicas que ocorrem nas águas profundas e mecanismos naturais de circulação de elementos como carbono, enxofre e hidrogênio.
Vinte anos após a publicação do estudo de 2006, o caso de Mponeng continua sendo uma demonstração especialmente relevante da diversidade de fontes de energia que a vida pode utilizar.
Sua principal lição é que um ecossistema pode se manter a quase três quilômetros de profundidade sem receber energia da luz solar, desde que disponha de água, substâncias químicas que possa aproveitar e condições compatíveis com o metabolismo dos organismos.
A existência dessas bactérias amplia o conhecimento sobre a biosfera terrestre e oferece um modelo para investigar ambientes extraterrestres cuja superfície parece incompatível com a vida, mas cujas profundezas ainda podem preservar condições favoráveis.
