Cultivados no Japão, os parentes mais próximos da vida complexa não têm núcleo

Os parentes vivos mais próximos de todos os animais, plantas e fungos da Terra estão agora crescendo em um laboratório no Japão, e não se parecem em nada com o ancestral que muitos biólogos imaginavam. Uma equipe do JAMSTEC, a Agência Japonesa de Ciência e Tecnologia Marinha e Terrestre, cultivou as primeiras culturas puras de Heimdallarchaeia, um grupo de arqueias unicelulares das quais se acredita que as células complexas tenham surgido. Por dentro, as células são simples: sem núcleo, sem compartimentos internos, nada que lembre as organelas que definem nossas próprias células.

A surpresa está do lado de fora. Cada célula brota longos braços ramificados que se agarram a micróbios parceiros dos quais não pode viver sem, e as células adoecem quando expostas ao oxigênio, mesmo carregando genes para lidar com ele. Juntos, esses traços esboçam um retrato do nosso ancestral unicelular mais profundo como um micróbio lento e avesso ao oxigênio que vivia por parceria, e não uma versão em miniatura da célula complexa que um dia se tornaria.

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

As Heimdallarchaeia estão no centro desse debate. Elas pertencem ao filo Promethearchaeota, mais conhecido pelo seu nome anterior, Asgard archaea, e as árvores genealógicas genéticas as colocam como o ramo de arqueias mais próximo dos eucariotos. Até agora, ninguém tinha visto uma viva de perto, então as propostas de que elas já tinham estruturas internas complexas, ou que podiam respirar oxigênio como nós, baseavam-se apenas em leituras de genoma.

Como eles fizeram

Os micróbios vieram de um lugar incomum: um biofilme revestindo o interior de um poço de gás natural na Península de Boso, na Província de Chiba, a leste de Tóquio. Águas subterrâneas salgadas e ricas em metano brotam ali e periodicamente entram em erupção como um pequeno gêiser, então o filme é regularmente exposto ao ar. A equipe escolheu o local de propósito, na esperança de capturar parentes de eucariotos que tivessem alguma história com oxigênio.

Cultivá-los levou três anos. Os pesquisadores alimentaram as culturas com pequenas quantidades de alimentos ricos em proteína, incluindo aminoácidos de caseína, peptona e leite em pó, e usaram rodadas de antibióticos para matar bactérias competidoras, transferindo os sobreviventes para um meio fresco repetidamente. O resultado foram duas cepas, chamadas HC1 e SC1. A HC1 agora vive em um par estável com um único micróbio parceiro produtor de metano; a SC1 vive em um trio com dois desses parceiros.

Elas não são de crescimento rápido. A HC1 leva cerca de uma semana ou mais para dobrar, e a SC1, de duas a três semanas. Uma bactéria intestinal como a E. coli pode dobrar em cerca de 20 minutos. A equipe então examinou as células com microscópios eletrônicos de varredura e transmissão, criotomografia eletrônica 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 DNA.

Simples por dentro, movimentada por fora

Em dezenas de micrografias eletrônicas, nenhuma das cepas mostrou qualquer membrana interna permanente, a marca registrada das células eucarióticas. Algumas células continham pequenas estruturas semelhantes a bolhas que iam e vinham, mas nenhum núcleo, nenhum retículo endoplasmático e nada que um biólogo celular chamaria de organela. As células se dividem em duas como micróbios comuns.

Suas superfícies contaram uma história diferente. Após uma fase de crescimento, a maioria das células estendia múltiplos braços com cerca de 370 nanômetros de espessura que se ramificam e incham, e esses braços frequentemente continham mais volume do que o próprio corpo celular, cerca de 1,4 vezes mais em média. Os braços eram entrelaçados com filamentos semelhantes à actina, a proteína que dá forma às nossas próprias células, e eles se agarravam fisicamente aos micróbios parceiros. Células no meio da divisão nunca os tinham.

Essa parceria não é opcional. Ambas as cepas quebram fragmentos de proteína e liberam hidrogênio como resíduo, uma reação que estagna a menos que um parceiro continue removendo o hidrogênio. Quando os pesquisadores bloquearam os parceiros produtores de metano com um inibidor, as arqueias pararam completamente de crescer.

Mais uma característica chamou a atenção da equipe. Quando a HC1 recebia mais comida, ela não se dividia mais rápido. Em vez disso, suas células cresciam mais e brotavam mais braços. A imagem de ampla área de aproximadamente 15.000 células mostrou braços maiores e mais numerosos por célula, e a proteína por célula subiu de 66 para 226 femtogramas. Bactérias e arqueias típicas canalizam energia extra para a reprodução. Trocar tamanho por reprodução é, observam os autores, algo que os eucariotos fazem.

O enigma do oxigênio

A HC1 carrega genes para oxidases terminais, enzimas que em animais ficam no final da cadeia que queima oxigênio para obter energia. Alguns pesquisadores leram genes semelhantes no DNA das Heimdallarchaeia como um sinal de que o ancestral dos eucariotos já respirava oxigênio. As culturas dizem o contrário. Adicionar até mesmo oxigênio traço, ou uma atmosfera de 1% de oxigênio, reduziu o número de células da HC1 aproximadamente cem vezes.

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

Um teste em todo o genoma apontou na mesma direção. Os pesquisadores treinaram um classificador em enzimas que distinguem organismos que precisam de oxigênio daqueles que o evitam, e ele classificou micróbios conhecidos corretamente cerca de 95% das vezes. Aplicado em todo o filo Asgard, ele apontou o grupo como amplamente anaeróbio, com ou sem genes de oxidase.

Isso se encaixa em uma ideia conhecida como modelo Ox-Tox: a bactéria que se tornou a mitocôndria primeiro ganhou seu lugar absorvendo o oxigênio que era tóxico para seu hospedeiro arqueiano, muito antes de se tornar a fornecedora de energia da célula.

O que isso não resolve

Esses micróbios são primos do ancestral, não o próprio ancestral. Eles tiveram tanto tempo para evoluir quanto nós, cerca de dois bilhões de anos pela maioria das estimativas, e qualquer característica vista hoje pode ter sido ganha ou perdida ao longo do caminho. A própria análise da equipe sugere que os genes de manipulação de oxigênio se moveram lateralmente entre grupos relacionados, então se o ancestral os carregava ou não permanece em aberto.

A amostra também é pequena. Apenas três cepas 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 organelas, mas uma linhagem tão diversa pode incluir membros com interiores mais elaborados. As bolhas internas ocasionais em algumas células ainda não têm explicação, e os autores as chamam nem de organelas primitivas nem de artefatos.

As condições de laboratório também importam. As formas das células mudaram quando as células foram quimicamente fixadas para imagem, e os braços tendiam a se quebrar, um aviso que os próprios autores sinalizam sobre a leitura da anatomia a partir de amostras preservadas. As culturas são pares puros e trios com parceiros, não culturas de espécies únicas, porque as arqueias não podem crescer sozinhas.

Uma linhagem agora aberta a experimentos

O grupo do JAMSTEC cultivou o primeiro membro do grupo Asgard mais amplo, uma cepa chamada MK-D1 de sedimento de mar profundo, e a relatou em 2020. Em 2023, uma equipe em Viena descreveu uma segunda, Lokiarchaeum ossiferum, com braços semelhantes. As novas cepas pertencem ao ramo mais próximo dos eucariotos, crescem mais rápido que a MK-D1 e têm células maiores, o que as torna muito mais fáceis de estudar.

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

Perguntas comuns sobre as arqueias por trás da vida complexa

O que são as Asgard archaea?

As Asgard archaea, agora formalmente chamadas de Promethearchaeota, são um grupo de micróbios unicelulares identificados pela primeira vez a partir de DNA ambiental, nomeados em homenagem à mitologia nórdica. Seus genomas carregam muitos genes antes considerados únicos dos eucariotos, razão pela qual são vistas como a linhagem da qual as células complexas surgiram.

Os humanos evoluíram das arqueias?

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

As Heimdallarchaeia têm um núcleo?

Não. As cepas cultivadas HC1 e SC1 não têm núcleo e nem membranas internas permanentes. Sua complexidade está do lado de fora, em longos braços ramificados que se conectam a micróbios parceiros.

Essas arqueias podem viver com oxigênio?

Dificilmente. Elas são anaeróbias e seu número cai cerca de cem vezes com oxigênio traço, mas uma cepa sobreviveu a baixo oxigênio quando bactérias consumidoras de oxigênio compartilhavam sua cultura.

O estudo foi publicado na Nature em 28 de outubro de 2026 e foi postado pela primeira vez como um preprint em fevereiro de 2025. O JAMSTEC diz que as duas cepas servirão agora como modelos experimentais, com a equipe se voltando para suas estruturas celulares e a maneira como se ligam a micróbios parceiros para rastrear como uma célula de arqueia com braços do lado de fora acabou construindo um núcleo do lado de dentro.

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

Tags: arqueias, Asgard archaea, biologia celular, eucariotos, evolução, Heimdallarchaeia