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As pessoas muitas vezes subestimam seres minúsculos. Mas as células microscópicas de algas não só evoluíram para prosperar num dos habitats mais extremos da Terra – os glaciares – mas também estão a moldá-las.
Com uma equipa de cientistas do Reino Unido e do Canadá, rastreamos a evolução das algas roxas há centenas de milhões de anos e as nossas descobertas desafiam uma ideia chave sobre como funciona a evolução. Embora pequenas, estas algas estão a ter um efeito dramático nos glaciares onde vivem.
As geleiras estão entre os ecossistemas em mudança mais rápida do planeta. Durante a estação de derretimento do verão, à medida que a água líquida se forma nas geleiras, a proliferação de algas roxas escurece a superfície do gelo, acelerando a taxa de derretimento. Esta fascinante adaptação aos glaciares requer algas microscópicas para controlar o seu crescimento e fotossíntese. Isto deve ser equilibrado com a tolerância ao derretimento extremo do gelo, à temperatura e à exposição à luz.
Nosso estudo, publicado no New Phytologist, revela como e quando suas adaptações para viver nesses ambientes extremos evoluíram pela primeira vez. Sequenciamos e analisamos dados do genoma das algas glaciais Ancylonema nordenskiöldii. Nossos resultados mostram que a cor roxa das algas glaciais, que atua como protetor solar, foi gerada por novos genes envolvidos na produção de pigmentos.
Este pigmento, purpurogalina, protege as células das algas dos danos da luz ultravioleta (UV) e visível. Também está ligado à tolerância a baixas temperaturas e à dessecação, características dos ambientes glaciais. Nossa análise genética sugere que a evolução desse pigmento roxo foi provavelmente vital para diversas adaptações nas algas glaciais.
Também identificamos novos genes que ajudaram a aumentar a tolerância das algas aos raios UV e à luz visível, adaptações importantes para viver num ambiente claro e exposto. Curiosamente, estes estavam ligados ao aumento da percepção da luz, bem como à melhoria dos mecanismos de reparação dos danos causados pelo sol. Este trabalho revela como as algas estão adaptadas para viver nas geleiras nos dias atuais.
A seguir, queríamos compreender quando esta adaptação evoluiu na história profunda da Terra.
A evolução das algas glaciais
A Terra experimentou muitas flutuações de climas mais frios e mais quentes. Ao longo de milhares e por vezes milhões de anos, os climas globais mudaram lentamente entre períodos glaciais (frios) e interglaciais (quentes).
Um dos períodos de frio mais dramáticos foi o Criogeniano, que remonta a 720-635 milhões de anos atrás, quando a Terra estava quase inteiramente coberta de neve e gelo. Essas glaciações foram tão difundidas que às vezes são chamadas pelos cientistas de “Terra bola de neve”.
Os cientistas pensam que estas condições teriam sido semelhantes às dos glaciares e mantos de gelo que vemos hoje na Terra. Então nos perguntamos se esse período poderia ser a força que impulsionou a evolução das algas glaciais.
Depois de analisar dados genéticos e algas fossilizadas, estimamos que as algas glaciais evoluíram entre 520 e 455 milhões de anos atrás. Isto sugere que a evolução das algas glaciais não estava ligada aos ambientes Snowball Earth do Cryogenian.
Como a origem das algas glaciais é posterior à Criogeniana, um período glacial mais recente deve ter sido o impulsionador das adaptações glaciais nas algas. Os cientistas pensam que houve continuamente ambientes glaciais na Terra até 60 milhões de anos atrás.
No entanto, identificamos que o ancestral comum das algas glaciais e das plantas terrestres evoluiu em torno do Criogeniano.
Em fevereiro de 2024, a nossa análise anterior demonstrou que esta antiga alga era multicelular. O grupo contendo algas glaciais perdeu a capacidade de criar formas multicelulares complexas, possivelmente em resposta às pressões ambientais extremas do Criogeniano.
Em vez de se tornarem mais complexos, demonstrámos que estas algas se tornaram simples e perseveraram até aos dias de hoje. Este é um exemplo de evolução pela redução da complexidade. Também contradiz a bem estabelecida hipótese da “marcha do progresso”, a ideia de que os organismos evoluem para versões cada vez mais complexas dos seus antepassados.
Nosso trabalho mostrou que esta perda de multicelularidade foi acompanhada por uma enorme perda de diversidade genética. Esses genes perdidos estavam principalmente ligados ao desenvolvimento multicelular. Esta é uma assinatura da evolução da sua morfologia simples a partir de um ancestral mais complexo.
Ao longo dos últimos 700 milhões de anos, estas algas sobreviveram sendo minúsculas, isoladas do frio e protegidas do Sol. Essas adaptações os prepararam para a vida nas geleiras dos dias atuais.
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Esta adaptação é tão especializada que apenas um punhado de algas evoluiu para viver nas geleiras. Isto contrasta com as centenas de espécies de algas que vivem na neve. Apesar disso, as algas glaciais têm efeitos dramáticos em vastos campos de gelo quando água líquida se forma nas superfícies das geleiras. Em 2016, no manto de gelo da Gronelândia, o crescimento de algas levou a um escoamento adicional de 4 400 a 6 000 milhões de toneladas.
Compreender estas algas ajuda-nos a apreciar o seu papel na formação de ecossistemas frágeis.
Nosso estudo fornece informações sobre a jornada evolutiva das algas glaciais desde o passado até o presente. À medida que enfrentamos um clima em mudança, compreender estes organismos microscópicos é fundamental para prever o futuro dos ambientes gelados da Terra.
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