Os parentes mais próximos da vida complexa foram cultivados no Japão e não têm núcleo

Os parentes vivos mais próximos de todos os animais, plantas e fungos da Terra estão agora a crescer num laboratório no Japão, e não se parecem nada com o ancestral que muitos biólogos imaginavam. Uma equipa do JAMSTEC, a Agência Japonesa de Ciência e Tecnologia Marinha e Terrestre, cultivou as primeiras culturas puras de Heimdallarchaeia, um grupo de arqueias unicelulares a partir do qual se pensa que as células complexas emergiram. Por dentro, as células são simples: sem núcleo, sem compartimentos internos, nada que se assemelhe aos organelos que definem as nossas próprias células.

A surpresa está no exterior. Cada célula desenvolve longos braços ramificados que se agarram a micróbios parceiros sem os quais não consegue viver, e as células adoecem quando expostas ao oxigénio, apesar de possuírem genes para o processar. Em conjunto, essas características esboçam um retrato do nosso ancestral unicelular mais profundo como um micróbio lento, avesso ao oxigénio, que vivia em parceria, e não como uma versão em miniatura da célula complexa que viria a tornar-se.

A descoberta incide sobre uma das questões mais antigas da biologia: como é que uma célula simples sem núcleo se transformou na elaborada célula eucariótica que compõe cada corpo humano. A resposta principal sustenta que uma célula arqueia formou uma parceria estreita com uma bactéria, e que a bactéria foi eventualmente engolida e se tornou a mitocôndria, a central energética dentro das nossas células. Qual a linhagem arqueia que serviu de hospedeira e como era tem sido debatida durante anos, principalmente a partir de fragmentos de ADN extraídos de lama e água do mar.

As Heimdallarchaeia estão no centro desse debate. Pertencem ao filo Promethearchaeota, mais conhecido pelo seu nome anterior, arqueias de Asgard, e as árvores genealógicas genéticas colocam-nas como o ramo arqueia mais próximo dos eucariotas. Até agora, ninguém tinha visto uma viva de perto, pelo que as propostas de que já possuíam estruturas internas complexas, ou que conseguiam respirar oxigénio como nós, baseavam-se apenas em leituras do genoma.

Como o fizeram

Os micróbios vieram de um local invulgar: um biofilme que reveste o interior de um poço de gás natural na Península de Boso, na Prefeitura de Chiba, a leste de Tóquio. Águas subterrâneas salgadas e ricas em metano brotam ali e entram periodicamente em erupção como um pequeno géiser, pelo que o filme é regularmente exposto ao ar. A equipa escolheu o local de propósito, na esperança de capturar parentes dos eucariotas que tivessem alguma história com oxigénio.

Cultivá-los demorou três anos. Os investigadores alimentaram as culturas com pequenas quantidades de alimentos ricos em proteínas, incluindo casamino acids, peptona e leite em pó, e usaram rondas de antibióticos para eliminar bactérias concorrentes, transferindo os sobreviventes para meio fresco repetidamente. O resultado foram duas estirpes, designadas HC1 e SC1. A HC1 vive agora numa parceria estável com um único micróbio parceiro produtor de metano; a SC1 vive num trio com dois desses parceiros.

Não são de crescimento rápido. A HC1 demora cerca de uma semana ou mais a duplicar, e a SC1 duas a três semanas. Uma bactéria intestinal como a E. coli pode duplicar em cerca de 20 minutos. A equipa examinou depois as células com microscópios eletrónicos de varrimento e de transmissão, crio-tomografia eletrónica que reconstrói uma célula congelada em 3D, e marcação fluorescente, e sequenciou ambos os genomas, que resultaram em 7,91 e 6,75 milhões de letras de ADN.

Simples por dentro, movimentado por fora

Em dezenas de micrografias eletrónicas, nenhuma das estirpes apresentou qualquer membrana interna permanente, a marca distintiva das células eucarióticas. Algumas células continham pequenas estruturas semelhantes a bolhas que apareciam e desapareciam, mas sem núcleo, sem retículo endoplasmático e nada que um biólogo celular chamasse de organelo. As células dividem-se em duas como os micróbios comuns.

As suas superfícies contavam uma história diferente. Após uma fase de crescimento, a maioria das células estendia múltiplos braços com cerca de 370 nanómetros de espessura que se ramificam e incham, e esses braços continham frequentemente mais volume do que o próprio corpo celular, cerca de 1,4 vezes mais em média. Os braços estavam entrelaçados com filamentos semelhantes à actina, a proteína que dá forma às nossas próprias células, e agarravam-se fisicamente aos micróbios parceiros. As células em plena divisão nunca os apresentavam.

Essa parceria não é opcional. Ambas as estirpes decompõem fragmentos de proteínas e libertam hidrogénio como resíduo, uma reação que estagna a menos que um parceiro continue a absorver o hidrogénio. Quando os investigadores bloquearam os parceiros produtores de metano com um inibidor, as arqueias pararam completamente de crescer.

Mais uma característica chamou a atenção da equipa. Quando a HC1 recebia mais alimento, não se dividia mais rapidamente. Em vez disso, as suas células cresciam mais e desenvolviam mais braços. Imagens de grande área de cerca de 15.000 células mostraram braços maiores e mais numerosos por célula, e a proteína por célula subiu de 66 para 226 femtogramas. As bactérias e arqueias típicas canalizam energia extra para a reprodução. Trocar tamanho por reprodução é, notam os autores, algo que os eucariotas fazem.

O enigma do oxigénio

A HC1 possui genes para oxidases terminais, enzimas que nos animais se situam no final da cadeia que queima oxigénio para obter energia. Alguns investigadores tinham interpretado genes semelhantes no ADN das Heimdallarchaeia como um sinal de que o ancestral dos eucariotas já respirava oxigénio. As culturas dizem o contrário. Adicionar mesmo vestígios de oxigénio, ou uma atmosfera com 1% de oxigénio, reduziu o número de células da HC1 cerca de cem vezes.

A HC1 só conseguia sobreviver ao oxigénio com ajuda. Quando bactérias consumidoras de oxigénio isoladas do enriquecimento original foram adicionadas à cultura, a HC1 cresceu apesar de níveis baixos de oxigénio, embora não tenha produzido mais células do que antes. O seu genoma também carece da maquinaria necessária para encaminhar eletrões dos alimentos para o oxigénio. A equipa conclui que as oxidases funcionam como defesa, eliminando o oxigénio, tal como fazem noutros anaeróbios estritos. A ferritina, uma proteína que limita os danos do oxigénio envolvendo ferro, estava entre as três proteínas mais expressas na HC1.

Um teste ao nível do genoma apontou no mesmo sentido. Os investigadores treinaram um classificador em enzimas que distinguem organismos que necessitam de oxigénio daqueles que o evitam, e este classificou corretamente micróbios conhecidos cerca de 95% das vezes. Aplicado a todo o filo Asgard, apontou para o grupo como amplamente anaeróbio, com ou sem genes de oxidase.

Isso encaixa numa ideia conhecida como modelo Ox-Tox: a bactéria que se tornou a mitocôndria ganhou primeiro o seu lugar ao absorver oxigénio que era tóxico para o seu hospedeiro arqueia, muito antes de se tornar o fornecedor de energia da célula.

O que não resolve

Estes micróbios são primos do ancestral, não o próprio ancestral. Tiveram tanto tempo para evoluir como nós, cerca de dois mil milhões de anos segundo a maioria das estimativas, e qualquer característica observada hoje pode ter sido adquirida ou perdida ao longo do caminho. A própria análise da equipa sugere que os genes de processamento de oxigénio se moveram lateralmente entre grupos relacionados, pelo que permanece em aberto se o ancestral os possuía ou não.

A amostra também é pequena. Apenas três estirpes deste ramo da árvore foram examinadas ao microscópio: HC1, SC1 e uma cultura de enriquecimento relatada anteriormente por outro grupo. Todas as três carecem de organelos, mas uma linhagem tão diversa pode incluir membros com interiores mais elaborados. As bolhas internas ocasionais em algumas células não têm ainda explicação, e os autores não as consideram nem organelos primitivos nem artefactos.

As condições de laboratório também importam. As formas celulares mudaram quando as células foram quimicamente fixadas para imagem, e os braços tendiam a partir-se, um aviso que os próprios autores assinalam sobre a leitura da anatomia a partir de amostras preservadas. As culturas são pares e trios puros com parceiros, não culturas de uma única espécie, porque as arqueias não conseguem crescer sozinhas.

Uma linhagem agora aberta a experiências

O grupo do JAMSTEC cultivou o primeiro membro do grupo mais amplo de Asgard, uma estirpe chamada MK-D1 de sedimentos marinhos profundos, e relatou-a em 2020. Em 2023, uma equipa em Viena descreveu uma segunda, Lokiarchaeum ossiferum, com braços semelhantes. As novas estirpes pertencem ao ramo mais próximo dos eucariotas, crescem mais depressa que a MK-D1 e têm células maiores, o que as torna muito mais fáceis de estudar.

A equipa propôs nomes para ambas: Candidatus Margulisarchaeum peptidiphilum para a HC1, um nome de género que carrega o apelido de Lynn Margulis, a bióloga que defendeu a teoria de que as mitocôndrias começaram como bactérias capturadas, e Candidatus Flexarchaeum multiprotrusionum para a SC1.

Perguntas comuns sobre as arqueias por detrás da vida complexa

O que são as arqueias de Asgard?

As arqueias de Asgard, agora formalmente chamadas Promethearchaeota, são um grupo de micróbios unicelulares identificados pela primeira vez a partir de ADN ambiental, nomeados em homenagem à mitologia nórdica. Os seus genomas possuem muitos genes outrora considerados exclusivos dos eucariotas, razão pela qual são vistas como a linhagem de onde surgiram as células complexas.

Os humanos evoluíram das arqueias?

Num sentido profundo, sim. O modelo principal sustenta que a primeira célula eucariótica se formou quando uma arqueia relacionada com as atuais Heimdallarchaeia se associou a uma bactéria que se tornou a mitocôndria. Todos os animais, plantas e fungos descendem dessa célula fundida.

As Heimdallarchaeia têm núcleo?

Não. As estirpes cultivadas HC1 e SC1 não têm núcleo nem membranas internas permanentes. A sua complexidade reside no exterior, em longos braços ramificados que se ligam a micróbios parceiros.

Estas arqueias conseguem viver com oxigénio?

Mal. São anaeróbias e o seu número cai cerca de cem vezes com vestígios de oxigénio, mas uma estirpe sobreviveu a baixo oxigénio quando bactérias consumidoras de oxigénio partilhavam a sua cultura.

O estudo foi publicado na Nature a 28 de outubro de 2026 e foi inicialmente disponibilizado como preprint em fevereiro de 2025. O JAMSTEC afirma que as duas estirpes servirão agora como modelos experimentais, com a equipa a voltar-se para as suas estruturas celulares e para a forma como se ligam aos micróbios parceiros para traçar como uma célula arqueia com braços no exterior acabou por construir um núcleo no interior.

Referência: Imachi, Nobu et al., “Eukaryotes’ closest relatives are internally simple syntrophic peptidotrophic archaea,” Nature, 2026. DOI: 10.1038/s41586-026-11170-7

Etiquetas: arqueias, Asgard archaea, biologia celular, eucariotas, evolução, Heimdallarchaeia