@ 2001-2005  À Descoberta da Vida

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Os organismos pertencentes ao Reino Monera (do grego moneres = único) são todos unicelulares ou quando muito coloniais, e apresentam células procariotas.

Conhecidos pela designação muito geral de bactérias, estes microrganismos vivem na Terra há cerca de 3800 M.a. (era pré-Câmbrica), existindo evidências que tenham sido os ancestrais de todas as formas de vida na Terra. Pelo menos até á cerca de 1500 M.a. eram as únicas formas de vida no planeta.

Foram identificadas pela primeira vez há cerca de 300 anos, pelos primeiros microscopistas, mas nem todas as chamadas bactérias são iguais. Apenas nos anos 70 do século passado os biólogos descobriram quão radicalmente diferentes as bactérias e as arqueobactérias realmente são e só em 1996, com a completa sequênciação do seu genoma se compreendeu como são diferentes de todos os restantes organismos.

Podem ser encontrados em todos os meios, ar, água, solo ou mesmo no interior de outros organismos. Isto deve-se ao facto de estes organismos poderem suportar grandes pressões, temperaturas elevadas, concentrações osmóticas mortais para outros organismos e valores de pH radicais.

Os procariontes dominam a biosfera, superando em número e massa todos os outros organismos, pelo que têm um enorme impacto colectivo na Terra. Embora muito pequenas (geralmente medem entre 1 a 10 mm, quando comparadas com as células eucarióticas que medem entre 10 e 100 mm), no mar chegam a formar 90% da massa total de organismos vivos e num grama de solo agrícola há em média 2,5 mil milhões de bactérias.

Tal como os eucariontes com que partilham a Terra, todos os procariontes actuais são o resultado de milhões de anos de evolução, estando perfeitamente adaptados aos seus habitats, nenhum deles é “primitivo”.

O fóssil mais antigo de procariontes de que se tem conhecimento neste momento data de há 3,5 mil milhões de anos (estromatólitos) foi encontrado na Austrália e mostra que já existia uma considerável variedade de organismos deste tipo nos primeiros tempos da Vida na Terra. Posteriormente, também foram encontrados fósseis na zona da África do Sul. A natureza destes fósseis e a composição química das rochas onde estão inseridos mostra que já ocorria fotossíntese na época. Em contraste, o registo mais antigo de eucariontes têm aproximadamente 1,5 mil milhões de anos.

Embora algumas espécies sejam patogénicas, a grande maioria é, pelo contrário, essencial à vida. Se este reino desaparecesse da face da Terra, todos os restantes se lhe seguiriam, pois os ciclos dos químicos cruciais para a vida (como o ciclo do azoto ou do carbono) seriam interrompidos. Na situação inversa, os procariontes continuariam sozinhos, como o fizeram durante mais de 2000 M.a.

A caracterização deste reino baseia-se, principalmente, na sua morfologia, estrutura, reprodução e metabolismo.

As bactérias têm diâmetros entre 0,5 e 5 mm, pelo que o seu estudo só foi possível com o surgimento do microscópio electrónico.

A forma destes organismos pode ser relativamente variada, podendo ser bacilos (alongadas, em forma de bastonete), cocus (esféricas), espirilos (em forma de espiral), vibriões (vírgula) ou pedunculadas (fixas). 

As formas esféricas são mais resistentes à seca mas, como apresentam uma menor relação área/volume, apenas conseguem viver em zonas de alimento abundante.

Escherichia coli, uma das bactérias em forma de bastonete - bacilo - mais conhecidas e comuns, aqui vista ao M.E.T. com cores artificiais	Bactérias de forma arredondada - cocus - vistas ao M.E.T. Aqui estas células estão agrupadas em cachos, designando-se estafilococos	Uma bactéria em forma de espiral - espirilo - vista ao M.E.T. Note-se as numerosas fímbrias que a rodeiam	bactéria pedunculada vista ao M.E.T., podendo ver-se na zona superior fímbrias

A célula bacteriana típica apresenta as seguintes características:

• Cápsula – algumas bactérias segregam uma substância mucilaginosa por fora da parede celular, cuja presença ajuda a proteger do ataque de glóbulos brancos e outros microrganismos;

• Parede celular – estrutura que dá forma, suporte e protecção á célula. A presença de parede celular impede que a célula rebente em meios hipotónicos mas não a protege de meios hipertónicos, onde a perda de água causa a morte. 

parede celular bacteriana é formada por polissacáridos e péptidos unidos numa molécula designada peptidoglicano. Um dos modos de actuação dos antibióticos é evitar a construção correcta da parede celular. 

A estrutura exacta da parede varia ligeiramente, permitindo a classificação em bactérias Gram + (coram de violeta) e bactérias Gram – (coram de rosa), onde se incluem as mais resistentes aos antibióticos e, por esse motivo, as mais perigosas para o Homem. 

A diferença de coloração revela uma estrutura que permite explicar a resistência aos antibióticos das bactérias Gram -, pois estas apresentam uma camada de lipopolissacáridos por cima da camada de peptidoglicano, que é retirada pela lavagem com álcool da técnica Gram. Por este motivo estas bactérias apenas revelam o segundo corante;

• Flagelos – quando as bactérias são capazes de movimento, este geralmente decorre da presença de um ou mais flagelos de estrutura simples, constituídos exclusivamente por flagelina, e que giram dentro de um anel fixo, por vezes até 15 mil rotações por minuto. Os flagelos não estão envolvidos pela membrana plasmática;

• Pili e fímbrias – estruturas semelhantes a cílios, muito numerosas e curtas, de constituição proteica semelhante à dos flagelos. Pensa-se que estarão relacionadas com a fixação ao substrato e movimentos de substâncias, de e para o citoplasma e com a conjugação;

• Membrana plasmática – com a composição e estrutura habituais destas estruturas (bicamada fosfolípidica entremeada com proteínas), pode formar invaginações em cuja superfície se encontram enzimas respiratórias – mesossomas – ou pigmentos fotossintéticos – lamelas internas ou fotossintéticas;

• Citoplasma – contém enzimas, ribossomas e inclusões de reservas, mas sem organitos organizados e individualizados;

• Material genético – composto por uma simples molécula de DNA circular, sem proteínas, localizado numa zona do citoplasma, não envolvida por membrana, designada nucleóide. 

Além do cromossoma bacteriano, muitas bactérias possuem plasmídeos, pequenos anéis de DNA soltos no citoplasma, contendo um ou dois genes, geralmente codificando a resistência a antibióticos ou reacções metabólicas invulgares.

As bactérias podem ser heterotróficas (realizando absorção) ou autotróficas (realizando fotossíntese ou quimiossíntese). Além disso, podem estabelecer numerosos tipos de relações tróficas, nomeadamente saprofitismo (degradar matéria orgânica morta), mutualismo, comensalismo ou parasitismo (obrigatório ou facultativo).

Um dos produtos resultantes da fotossíntese, o oxigénio molecular, é um dos factores que mais condiciona a vida das bactérias.

Relativamente ao efeito da presença de O₂ no meio, estes organismos podem ser:

·         Aeróbios obrigatórios – utilizam O₂ no metabolismo, obtendo energia através da respiração aeróbia, pelo que não podem viver sem esta molécula;

·         Aeróbios facultativos – quando existe O₂ no meio podem utilizá-lo mas na sua ausência realizam fermentação;

·         Anaeróbios obrigatórios – morrem em presença de O₂.

O azoto é constituinte de moléculas essenciais à vida mas é quimicamente inerte, o que impede a sua utilização directa pela maioria dos organismos. As plantas apenas o podem usar sob a forma de nitratos, passando-o para os heterotróficos sob a forma de compostos azotados orgânicos.

Os animais dependem das plantas para se alimentarem (directa ou indirectamente) mas as plantas, por sua vez, dependem dos procariontes para a sua nutrição. Toda a vida na terra não seria possível sem a fixação biológica de azoto e a correspondente desnitrificação (que devolve o azoto ao ar, impedindo que o azoto do solo seja lixiviado para os oceanos, o que seria o fim da vida na Terra).

A conversão do azoto, que forma cerca de 80% da atmosfera, em nitratos (uma forma de disponível para as reacções biológicas) é a chamada fixação do azoto, um processo crucial para todos os ecossistemas do planeta.

De todos os organismos existentes no planeta, somente alguns géneros bacterianos são capazes de fixar o azoto atmosférico, nomeadamente as simbióticas Rhizobium e Bradyrhizobium, que formam nódulos nas raízes de leguminosas. Para além deles, um outro grupo de bactérias filamentosas (actinomicetes) também forma nódulos mas em árvores (como os amieiros), arbustos e algumas ervas perenes, contribuindo igualmente para a acumulação de azoto no solo.

Muitas outras bactérias vivem regularmente associadas a raízes e folhas de plantas, onde aproveitam o exsudado glicídico da fotossíntese e fornecem azoto em formas utilizáveis. Outras bactérias, de vida livre como os géneros Anabaena e Nostoc, também fixam azoto, nomeadamente cianobactérias, responsáveis por mais de 25% fixado no oceano. Estas cianobactérias realizam a fixação de azoto em células especializadas designadas heterocistos, que mantêm a enzima nitrogenase isolada do excesso de oxigénio atmosférico. Outras cianobactérias simbióticas, como as que fazem parte de líquenes, aumentam significativamente a capacidade de colonização de ambientes agrestes.

O azoto é fixado através de uma série de etapas realizadas por vários tipos de organismos. Alguns fazem o processo de amonificação para degradar aminoácidos em amónia (NH₄⁺). O amoníaco (NH₃) é convertido a nitrito (NO₂^-) e este a nitratos (NO₃^-) por bactérias quimioautotróficas, num processo designado nitrificação.

Várias outras bactérias são capazes de reverter o processo – desnitrificação -, convertendo nitratos a nitritos e a amónia, levando eventualmente a azoto, que se liberta do solo e regressa à atmosfera

A maioria das bactérias fotossintéticas são  designadas cianobactérias, e foram conhecidas por algas azuis durante longos anos. Este grupo de bactérias colonizou meios muito diversificados, devido á sua elevada auto-suficiência, embora a maioria seja de água doce.  

Este tipo de bactéria terá surgido na Terra há cerca de 3000 M.a., como o provam os estromatólitos encontrados na Austrália, que se calcula serem já fotossintéticos, embora talvez não libertassem ainda oxigénio.

As cianobactérias dominaram completamente a evolução biológica durante mais de 2000 M.a., atingindo enorme sucesso. Provavelmente terão sido as responsáveis pela reinstalação e proliferação de formas heterotróficas nos oceanos primitivos, pois seriam elas próprias importantes fontes de alimento.

Geralmente as cianobactérias têm vida livre mas podem estabelecer simbiose com outros organismos ou formar colónias filamentosas, por vezes envolvidas por uma cápsula mucilaginosa.

Colónia de cianobactérias, envolvida por uma cápsula gelatinosa

A reprodução sexuada também existe, sendo a consequência da transferência de segmentos de DNA de uma célula dadora (macho) para uma célula receptora (fêmea). 

Após a transferência, ocorre a recombinação entre o DNA recebido e o cromossoma bacteriano, originando novas combinações de genes, que serão passadas às bactérias-filhas.

A passagem de segmentos de DNA entre bactérias pode ocorrer de vários modos:

• Transformação – bactéria absorve moléculas de DNA dispersas nomeio, provenientes de outras bactérias mortas, por exemplo;

• Transdução – vírus ou plasmídeos podem servir de vectores para a passagem de segmentos de DNA entre bactérias vivas;    

• Conjugação entre bacilos

  Conjugação – DNA passa directamente da bactéria macho para a bactéria fêmea, através de  pelos sexuais, tubos proteicos microscópicos existentes na superfície do macho.

Actualmente muitos autores consideraram oportuna a separação das Arqueobactérias (bactérias primitivas) das chamadas Eubactérias (bactérias verdadeiras).

Com base em estudos bioquímicos (sequências de RNA ribossómico, ausência de ácido murâmico na parede, composição lipídica da membrana), concluiu-se que há mais de 3000 M.a. terá ocorrido uma divergência na evolução dos organismos procariotas, tendo surgido duas linhagens distintas. Até este momento não foi identificada recombinação genética neste grupo de organismos. O ramo que originou as Arqueobactérias teria, mais tarde, originado os eucariotas.

Considera-se que as arqueobactérias actuais pouca alteração sofreram, em relação aos seus ancestrais. Estes procariontes vivem em locais com condições extremamente adversas para outros seres vivos, provavelmente semelhantes ás que existiriam na Terra primitiva.

As arqueobactérias podem ser divididas em três grandes grupos principais:

Vivem em concentrações salinas extremas, dezenas de vezes mais salgadas que a água do mar, em locais como salinas, lagos de sal ou soda, etc. A sua temperatura óptima é entre 35 e 50ºC. 

Estas bactérias são autotróficas mas o seu mecanismo de produção de ATP é radicalmente diferente do habitual pois utilizam um pigmento vermelho único - bacteriorrodopsina - que funciona como uma bomba de protões (como os da fosforilação oxidativa nas mitocôndrias) que lhes permite obter energia;

Este grupo de bactérias foi o primeiro a ser reconhecido como único. Vivem em pântanos, no fundo dos oceanos, estações de tratamento de esgotos e no tubo digestivo de algumas espécies de insectos e vertebrados herbívoros, onde produzem metano (CH₄) como resultado da degradação da celulose. 

As reservas de gás natural que conhecemos são o resultado do metabolismo anaeróbio obrigatório e produtor de metano de bactérias deste tipo no passado. Algumas conseguem produzir metano a partir de CO₂ e H₂, obtendo energia desse processo. 

O género Methanosarcina consegue fixar azoto atmosférico, capacidade que se julgava única das eubactérias;

Vivem em zonas de águas termais ácidas, com temperaturas óptimas entre 70 e 150ºC e  valores de pH óptimo perto do 1. Na sua grande maioria metabolisam enxofre: podem ser autotróficas, obtendo energia da formação do ácido sulfídrico (H₂S) a partir do enxofre, ou heterotróficas.

Os procariontes vivem e exploram todo o tipo de ecossistema, desde o solo, a água e mesmo o interior do corpo de outros organismos, onde podem coexistir de forma neutra, benevolente ou parasítica com os tecidos do hospedeiro.

O metabolismo de azoto é crucial para a vida na Terra, como se verá, e outros procariontes têm papel semelhante nos ciclos do enxofre e do carbono.

No passado, as cianobactérias tiveram um papel igualmente dramático no planeta, pois a sua fotossíntese gerou oxigénio que transformou uma atmosfera redutora em oxidante. O resultado foi o desaparecimento de um enorme leque de espécies que não toleravam o oxigénio mas também permitiu a evolução da respiração aeróbia e a subsequente explosão de vida eucarionte.

Os procariontes vivem em conjunto com os eucariontes de muitas formas, de facto as mitocôndrias e os cloroplastos são considerados derivados de procariontes de vida livre. Muitos mais tarde do ponto de vista evolutivo, as plantas continuam a fazer simbioses com bactérias nos seus nódulos radiculares e animais contêm uma variedade de bactérias e arqueobactérias no seu sistema digestivo.

As vacas, por exemplo, como a maioria dos animais, não consegue produzir a enzima celulase, mas bactérias que vivem num compartimento especial do seu tubo digestivo – rúmen – permitem-lhes digerir o seu alimento. O Homem utiliza produtos do metabolismo bacteriano da sua flora intestinal, como as vitaminas K e B₁₂.

Uma pequena minoria dos procariontes são patogénicos e todos são bactérias. Existem dois tipos de toxinas bacterianas:

·         Endotoxinas – libertadas quando algumas bactérias Gram – rebentam, são lipopolissacáridos que fazem parte da membrana externa que compõem a sua parede celular. Este tipo de toxina raramente é fatal, mas causam febre, vómitos e diarreia. Estão nesta situação Salmonella e Escherichia;

·         Exotoxinas – trata-se de proteínas libertadas por bactérias vivas e em multiplicação. São altamente tóxicas (frequentemente fatais) para o hospedeiro mas não produzem febre. Doenças causadas por este tipo de toxina incluem o tétano (Clostridium tetani), botulismo (Clostridium botulinum), a cólera (Vibrio cholerae) e a peste (Yersinia pestis).

No entanto, é preciso voltar a lembrar que apenas uma minoria dos procariontes são patogénicos, enquanto muitas outras são fundamentais para a nossa vida.

Utilizamos muitas espécies de bactérias e algumas arqueobactérias em aplicações tão diversas como a produção de queijo, o tratamento de esgotos e a produção industrial de uma espantosa variedade de antibióticos, vitaminas, solventes orgânicos e outros químicos.

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