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A bactéria do pântano carrega uma bússola de ímãs

A Magnetospirillum fabrica uma fileira de cristais de magnetita e nada guiada pelo campo magnético da Terra até o lodo.

Os ímãs em fila dentro da Magnetospirillum

Em 1975, a revista Science publicou um artigo curto de Richard Blakemore, então aluno de doutorado da Universidade de Massachusetts. O resultado cabia numa linha: bactérias do lodo de um pântano salgado de Woods Hole, em Massachusetts, nadavam todas para o norte, e um ímã de mesa trocava a rota delas na hora.

Blakemore estudava outro assunto. Ele procurava espiroquetas (bactérias finas e enroladas como mola) e, para achá-las, olhava gotas de lama no microscópio. Numa das lâminas, um grupo de células se juntava sempre na mesma borda da gota, como gente encostada numa parede.

Ele girou a lâmina. As bactérias continuaram indo para o mesmo lado da sala, e não para o mesmo lado do vidro. Desconfiou da luz da janela e cobriu o microscópio. As células seguiram para o mesmo canto, dia após dia, com a lâmina em qualquer posição na mesa.

Então aproximou um ímã. Quando o polo sul do ímã chegava perto, o enxame inteiro dava meia-volta e nadava na direção dele. Quando o ímã saía, as células retomavam o rumo do norte geográfico. Bastava aproximar o polo norte do ímã para o grupo fugir para a borda oposta da gota.

Uma célula com bússola própria parecia piada de laboratório. Bactéria não tem olho, não tem nervo e mede uns poucos milésimos de milímetro. Mesmo assim, aquelas reagiam a um campo tão fraco quanto o da Terra, o mesmo que move a agulha de uma bússola de escoteiro.

Blakemore chamou o comportamento de magnetotaxia (nado guiado pelo campo magnético). Sobravam duas perguntas: onde ficava o ímã dentro da célula, e de que serve a uma bactéria nadar para o norte no fundo de um pântano.

As duas têm resposta, e a segunda depende da inclinação das linhas magnéticas do planeta. A primeira apareceu quando a bactéria entrou num microscópio eletrônico, capaz de mostrar o que existe dentro dela.

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I  O Mecanismo

Uma fileira de cristais pretos

Nas imagens do microscópio eletrônico, Blakemore viu dentro de cada célula uma corrente de grãos escuros, alinhados de ponta a ponta ao longo do corpo. Pareciam contas de um colar escondido.

Em 1979, Richard Frankel, do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, Blakemore e o microbiologista Ralph Wolfe identificaram o material na revista Science: magnetita, um óxido de ferro, o mesmo mineral da pedra-ímã usada nas primeiras bússolas chinesas.

Cada grão vem embrulhado numa membrana própria, uma bolsinha de gordura e proteína que a bactéria monta antes de pôr ferro dentro. O conjunto de membrana e cristal ganhou a designação de magnetossomo (corpo magnético, em grego).

A espécie que virou modelo de laboratório saiu do lodo de um pântano de água doce. Em 1979, Blakemore, Daniel Maratea e Ralph Wolfe cultivaram a bactéria pela primeira vez, no Journal of Bacteriology. Hoje ela se chama Magnetospirillum magnetotacticum (espirilo magnético, pela forma de saca-rolhas).

A medida de cada cristal obedece à física. Grão pequeno demais perde a magnetização com o calor do ambiente. Grão grande demais se divide em regiões com ímãs apontando para lados diferentes, que se anulam.

Os cristais dos magnetossomos ficam na faixa estreita entre os dois extremos. Ali, cada grão vira um ímã permanente de domínio único (uma região só, com todo o magnetismo voltado para o mesmo lado).

Faltava saber como a célula mantém a fila reta. Em 2006, Arash Komeili e colegas do Instituto de Tecnologia da Califórnia mostraram na Science que uma proteína, a MamK, forma um filamento interno parecido com o esqueleto das células humanas. Os magnetossomos se prendem a ele como contas num fio.

A montagem segue quatro etapas:

1. A membrana interna da célula se dobra e forma bolsinhas vazias.

2. Proteínas da bolsa puxam ferro dissolvido da água em volta.

3. Dentro de cada bolsa, o ferro cristaliza como magnetita.

4. O filamento de MamK alinha as bolsas numa fileira única.

Quando a bactéria se divide, a fileira se parte ao meio, e cada célula filha leva metade da bússola. Ela completa o resto fabricando cristais novos.

A bactéria não decide virar. A corrente gira a célula inteira como o campo gira a agulha da bússola, e o efeito aparece até em bactéria morta, que se alinha parada na gota.

O que a célula viva faz é nadar. Ela gira os flagelos (caudas finas que funcionam como hélice) e avança ao longo da linha que a fileira de ímãs aponta.

II  Por que Importa

O norte aponta para o fundo

No hemisfério norte, as linhas do campo magnético da Terra não correm paralelas ao chão. Elas mergulham na direção do solo, e mergulham mais quanto mais perto do polo. Em Massachusetts, entram no chão bem inclinadas.

Uma bactéria que nada rumo ao norte magnético, ali, nada também para baixo. E embaixo fica o lodo.

A Magnetospirillum é microaerófila (vive com pouco oxigênio: oxigênio demais a envenena, nenhum a sufoca). No lodo do pântano existe uma camada de poucos milímetros onde o oxigênio que desce da água encontra o ferro e o enxofre que sobem do fundo. Ali ela come e se multiplica.

Sem bússola, uma célula jogada para a água por uma onda teria de procurar essa camada em três dimensões, ao acaso. Com a fileira de ímãs, a busca vira uma linha reta: subir ou descer. O campo da Terra serve de trilho.

A bússola sozinha não basta, porque a mesma linha leva para cima e para baixo. A bactéria ainda sente o oxigênio. Quando encontra oxigênio demais, inverte o giro dos flagelos e recua pela mesma linha. O ímã dá a direção, e o sensor químico escolhe o sentido.

Em 1980, Blakemore, Frankel e o biólogo Adrianus Kalmijn publicaram na Nature o teste do raciocínio. Em lodo coletado na Nova Zelândia e na Austrália, quase todas as bactérias magnéticas nadavam para o sul.

No hemisfério sul, as linhas do campo mergulham no chão apontando para o sul magnético. Ali, nadar para o sul é o caminho para o fundo.

A polaridade não vem gravada para sempre. No mesmo trabalho, amostras mantidas em laboratório sob campo invertido mudaram de maioria ao longo de semanas: as células que nadavam para cima acabavam na água rica em oxigênio e paravam de crescer, e as do sentido certo se multiplicavam.

No equador magnético, onde as linhas correm paralelas ao chão, nenhum dos dois sentidos leva ao fundo. Em lodo de Fortaleza, no Ceará, os dois tipos apareceram misturados em proporções parecidas (Frankel, Blakemore, Torres de Araujo e Esquivel, Science, 1981).

A corrente de magnetita deixa rastro. Quando a bactéria se desfaz, os cristais ficam no sedimento e guardam a direção do campo daquele momento. Geólogos chamam esses restos de magnetofósseis (fósseis magnéticos) e os usam para reconstruir o campo da Terra do passado.

Em 1996, David McKay, da NASA, apontou na Science cristais de magnetita do meteorito marciano ALH84001 como possível sinal de vida. A hipótese segue sem confirmação: processos sem vida também fabricam magnetita parecida, e nenhum teste separou as duas origens até hoje.

III  A Fonte

O italiano de Pavia

Blakemore não foi o primeiro a ver o fenômeno. Em 1963, o médico Salvatore Bellini, do Instituto de Microbiologia da Universidade de Pavia, na Itália, notou bactérias de água doce nadando sempre para o norte numa gota sob o microscópio.

Bellini fez testes parecidos com os de Blakemore, com ímã e lâmina girada, e chamou as células de batteri magnetosensibili (bactérias sensíveis ao ímã, em italiano). Ele chegou a suspeitar de um componente magnético dentro delas.

Os resultados ficaram em dois relatórios internos da universidade, escritos em italiano, e nunca saíram numa revista científica. Por que Bellini não publicou para fora de Pavia, os papéis que sobraram não registram, e ele não deixou explicação escrita sobre a decisão.

Blakemore trabalhou sem saber da existência dos relatórios. Seu artigo de 1975, Magnetotactic Bacteria (Bactérias Magnetotácticas), na Science, ficou como marco da descoberta e abriu o campo de pesquisa.

O trabalho de Bellini só chegou ao público em 2009. Richard Frankel, o mesmo físico que identificou a magnetita em 1979, recebeu cópias dos relatórios, traduziu os dois para o inglês e os publicou no Chinese Journal of Oceanology and Limnology, com uma nota sobre a história.

A ponte entre Pavia e Woods Hole passou pelo grupo de Frankel. Foi Frankel quem levou o reconhecimento de Bellini para os congressos sobre bactérias magnéticas.

A família das bactérias magnetotácticas cresceu desde 1975. Há espécies em lagos, mares e pântanos de todos os continentes, em formatos de bastão, espiral e esfera, e algumas fabricam greigita, um sulfeto de ferro, no lugar da magnetita.

A técnica de Blakemore continua a mais simples de repetir. Basta pôr lodo de pântano num frasco, esperar alguns dias, encostar um ímã no vidro e olhar a gota tirada perto do polo ao microscópio.

Nessa gota, a bactéria do pântano se junta do lado do ímã. Os cristais que a guiam têm de 35 a 120 nanômetros, a faixa em que cada grão de magnetita vira um ímã permanente (Bazylinski e Frankel, Nature Reviews Microbiology, 2004).

Continue curioso. Mirabile dictu.

CIÊNCIA BIZARRA

Parece mentira. Mas é real e está provado