O estudo, publicado em 22 de dezembro na Science Advances , baseia-se na análise da atividade metabólica em milhares de células individuais encontradas em salmouras de lagoas industriais na costa do sul da Califórnia, onde a água é evaporada da água do mar para colher sal. Os resultados expandem a nossa compreensão do potencial espaço habitável em todo o nosso sistema solar e das possíveis consequências de alguns habitats aquáticos terrestres se tornarem mais salgados como resultado da seca e do desvio de água.

“Não podemos procurar em todos os lugares, por isso temos que ser realmente deliberados sobre onde e como tentamos encontrar vida em outros planetas”, disse a autora sênior do estudo, Anne Dekas , professora assistente de ciência do sistema terrestre na Escola de Sustentabilidade Stanford Doerr. . “Ter o máximo de informações possível sobre onde e como a vida sobrevive em ambientes extremos na Terra nos permite priorizar alvos para missões de detecção de vida em outros lugares e aumenta nossas chances de sucesso.”

Os cientistas interessados ??em detectar vida fora da Terra estudam há muito tempo ambientes salgados, sabendo que a água líquida é necessária para a vida e que o sal permite que a água permaneça líquida numa gama mais ampla de temperaturas. O sal também pode preservar sinais de vida, como picles em salmoura. “Acreditamos que locais salgados são bons candidatos para encontrar sinais de vida passada ou presente”, disse a principal autora do estudo, Emily Paris , estudante de doutorado em ciência do sistema terrestre que faz parte do Laboratório Dekas. “O sal pode ser exatamente o que torna outro planeta habitável, embora também seja um inibidor da vida em altas concentrações na Terra.”

A nova pesquisa faz parte de uma grande colaboração chamada Oceans Across Space and Time, liderada pela professora Britney Schmidt da Cornell University e financiada pelo Programa de Astrobiologia da NASA, que reúne microbiologistas, geoquímicos e cientistas planetários. O seu objetivo: compreender como os mundos oceânicos e a vida coevoluem para produzir sinais detectáveis ??de vida, passada ou presente. Compreender as condições que tornam um mundo oceânico habitável e desenvolver melhores formas de detectar sinais de atividade biológica são passos para prever onde a vida poderá ser encontrada em outras partes do sistema solar.

Paris diz que também devemos considerar como as mudanças nas salinidades impactam os ecossistemas aqui na Terra. Por exemplo, o recuo dos níveis de água no Grande Lago Salgado de Utah causou um aumento na salinidade que pode afectar a vida em toda a cadeia alimentar.

“Além da perspectiva de detecção de vida, compreender o impacto da salinidade é importante para a conservação e a sustentabilidade na Terra”, disse Paris. “Nossa pesquisa mostra como o aumento da salinidade altera a composição da comunidade microbiana e as taxas de metabolismo microbiano. Estes factores podem afectar a ciclagem de nutrientes, bem como a vida de crustáceos e insectos, que são fontes alimentares essenciais para aves migratórias e outros animais aquáticos.

Os viajantes que sobrevoam lagoas de sal como as da South Bay Salt Works – onde foram recolhidas amostras para este estudo – ou ao longo da Baía de São Francisco podem avistar um caleidoscópio de alguns dos micróbios mais vigorosos da Terra brilhando em verde néon, vermelho enferrujado, rosa e laranja. A colcha de retalhos de cores reflete a variedade de micróbios aquáticos adaptados para sobreviver em diferentes níveis de salinidade, ou o que os cientistas chamam de “atividade da água” – a quantidade de água disponível para reações biológicas que permitem o crescimento dos micróbios.

“Estamos curiosos para descobrir em que ponto a atividade da água se torna demasiado baixa, a salinidade se torna demasiado elevada e onde a vida microbiana já não consegue sobreviver”, disse Paris. A água do mar tem um nível de atividade de água de cerca de 0,98, em comparação com 1 para a água pura. A maioria dos micróbios para de se dividir abaixo da atividade de água de 0,9, e o nível de atividade de água mais baixo relatado para sustentar a divisão celular em laboratório é pouco acima de 0,63.

No novo estudo, os pesquisadores previram um novo limite de vida. Eles estimam que a vida poderia estar ativa em níveis tão baixos quanto 0,54.

Os cientistas de Stanford se uniram a colegas de todo o país para coletar amostras da South Bay Salt Works, que abriga algumas das águas mais salgadas da Terra. Eles encheram centenas de garrafas com salmoura de lagoas de diferentes níveis de salinidade nas salinas e depois as levaram de volta a Stanford para análise.

Estudos anteriores que procuravam o limite da atividade de água na vida usaram culturas puras para procurar o ponto em que a divisão celular para, marcando o ponto final da vida. Mas nestas condições extremas, a vida duplica-se dolorosamente lentamente. Se os investigadores confiarem na divisão celular como teste para saber quando a vida cessa, enfrentarão experiências de laboratório que duram anos e que não são práticas para estudantes de pós-graduação como Paris. Mesmo quando realizados, os estudos sobre divisão celular não indicam quando a vida morre; na verdade, as células podem estar metabolicamente ativas e ainda muito vivas, mesmo quando não estão em replicação.

Assim, Paris e Dekas analisaram micróbios de lagoas de sal ao ar livre para identificar um limite diferente de vida – o limite da atividade celular.

A equipe de pesquisa fez três melhorias importantes em pesquisas anteriores. Primeiro, em vez de utilizar culturas puras, que constituem a melhor estimativa padrão dos cientistas sobre qual espécie ou estirpe específica de micróbio será mais resistente, recorreram a um ecossistema real. Nas salinas, o ambiente seleccionou naturalmente uma comunidade complexa de organismos melhor adaptados a essas condições particulares.

Em segundo lugar, os investigadores usaram uma definição de vida mais flexível. Eles consideraram não apenas a divisão celular, mas também a construção celular como um sinal de vida. “É um pouco como observar um ser humano comendo uma refeição ou crescendo. É um sinal de vida ativa e um precursor necessário da replicação, mas muito mais rápido de observar”, disse Dekas.

Em centenas de amostras de salmoura – algumas delas tão salgadas que eram espessas como xarope – identificaram o nível de atividade da água e quanto carbono e nitrogênio estavam sendo incorporados nas células encontradas nas salmouras. Com esta abordagem, eles foram capazes de detectar quando uma célula aumentou sua biomassa em apenas metade de 1%. Em contraste, os métodos convencionais centrados na divisão celular só podem detectar a atividade biológica depois das células terem aproximadamente duplicado a sua biomassa. Então, com base na forma como esse processo desacelerou à medida que a atividade da água diminuía, os cientistas previram que o ponto de corte pararia completamente.

Terceiro, enquanto outros cientistas mediram a incorporação de carbono e nitrogênio em salmouras em grande escala, a equipe de Stanford conduziu uma análise célula por célula com um instrumento raro em Stanford chamado nanoSIMS – um dos poucos existentes no país. Esta técnica sensível permitiu-lhes observar a atividade em células individuais no meio de outras células “em conserva”, cuja presença obscureceria o sinal de atividade numa análise em massa e atingiria o seu baixo limite de detecção.

“A análise da atividade unicelular de amostras ambientais ainda é muito rara”, disse Dekas. “Foi fundamental para a nossa análise aqui e, à medida que for aplicado de forma mais ampla, penso que veremos avanços na ecologia microbiana que são amplamente relevantes, desde a compreensão do clima global até à saúde humana. Ainda estamos apenas começando a compreender o mundo microbiano no nível unicelular.”