A pergunta "como exatamente a vida começou?" é um dos maiores mistérios da ciência moderna. Embora a maioria dos cientistas acredite que todas as formas de vida evoluíram de um antigo microorganismo primitivo comum, os detalhes param por aí. Que tipo de genes esta forma de vida possuía e onde vivia? Um novo estudo publicado na Nature Microbiology lança luz sobre a origem e o desenvolvimento desse antigo organismo.
Cientistas experientes interessados na origem da vida geralmente lidam com esse problema de duas maneiras diferentes. Uma delas é uma abordagem de baixo para cima, onde tentam imaginar há quanto tempo a vida começou, para depois recriar no laboratório as principais etapas de sua origem. Uma abordagem alternativa de cima para baixo é analisar e "cortar" as células modernas para simplificá-las e deduzir etapas-chave na evolução da complexidade celular.
Os cientistas da computação que estão tentando resolver esse problema estão explorando as enormes quantidades de dados que surgiram como resultado da revolução - o sequenciamento de DNA. Inundou cientistas com informações sobre os genomas de organismos, de bactérias a humanos. Eles podem esconder informações sobre as sequências de DNA de células primitivas - as primeiras células do planeta a usar o código genético moderno - que foram transmitidas por bilhões de gerações.
O "último ancestral comum universal" é hipoteticamente uma das primeiras células de onde se originou toda a vida na Terra. A relação entre esse ancestral e os organismos modernos é frequentemente visualizada como árvores evolucionárias, cujos primeiros exemplos conhecidos datam de Charles Darwin.
O sequenciamento de DNA fornece uma medida excelente e altamente quantitativa da conectividade genética que permeia toda a biologia. Quase todos os organismos do planeta usam o mesmo código de quatro bases A, C, G e T. Portanto, em princípio, ele poderia ser usado para construir árvores evolucionárias de toda a vida. Sabemos que certos genes existiam no início da vida celular e foram herdados por todas as formas de vida subsequentes. Ao longo de quatro bilhões de anos, cópias de, por exemplo, um pequeno gene 16S rRNA mudaram gradualmente no curso de mutações aleatórias em linhagens individuais que levaram a diferentes formas de vida. Segue-se que cada um deles tem uma sequência característica, que será semelhante em organismos recém-desenvolvidos, mas cada vez mais diferente em pedigrees.que apareceu anteriormente no segmento evolutivo.
As primeiras análises dessas sequências “universais” de DNA, realizadas há cerca de 30 anos, levaram a mudanças significativas em nossa avaliação da diversidade da vida na Terra e, especialmente, da diversidade de organismos unicelulares sem núcleo (procariotos). Eles também destacaram todo um novo domínio da vida procariótica, que agora é chamado de arquea.
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As tentativas de desenvolver árvores verdadeiramente universais que determinarão a origem de todas as células modernas de seus últimos ancestrais universais foram limitadas por uma série de problemas técnicos. Um problema é o grande número de grupos que se separaram desde o início da vida. Além do mais, as bactérias também podem trocar genes entre si, tornando mais difícil determinar sua origem.
Comedores de hidrogênio?
No novo estudo, os pesquisadores usaram um método inteligente e de ponta para organizar genes procarióticos sequenciados em famílias. Em seguida, eles procuraram por semelhanças e padrões em todos os grupos de bactérias e encontraram um pequeno conjunto de genes que estavam presentes tanto nas arquéias quanto nas bactérias. Os cientistas foram capazes de mostrar que esses genes provavelmente foram herdados diretamente de um ancestral comum e não foram obtidos por troca.
Este resultado é significativo porque identifica os grupos específicos de bactérias (clostrídios) e arqueas (metanógenos) que carregam as primeiras versões desses genes e indica que eles são muito antigos e podem ser semelhantes aos primeiros organismos que levaram ao surgimento de linhagens separadas de bactérias e archaea.
Mais importante ainda, a natureza dos genes que sobreviveram conta uma história surpreendente sobre o ambiente em que seu último ancestral viveu - incluindo como ele recebeu energia. A pesquisa mostra que o mundo habitado por esses organismos há quatro bilhões de anos era muito diferente do nosso. Não havia oxigênio disponível nele, mas se você acreditar nos genes, o ancestral comum recebia energia do hidrogênio, produzida, aparentemente, pela atividade geoquímica da crosta terrestre. Gases "inertes", incluindo dióxido de carbono e nitrogênio, forneciam os blocos básicos de construção para a produção de todas as estruturas celulares. O ferro estava disponível em abundância e a falta de oxigênio não o transformava em ferrugem insolúvel, de modo que esse elemento foi utilizado pelas enzimas da primeira célula. Acredita-se que vários dos genes estejam envolvidos na adaptação a altas temperaturas,o que sugere o contrário: os organismos evoluíram em um ambiente hidrotérmico - semelhante às modernas fontes hidrotermais ou fontes termais, onde as bactérias ainda vivem.
Infelizmente, sem uma máquina do tempo, não podemos verificar esses resultados diretamente. Mas essas informações são de grande interesse, especialmente para cientistas que estão tentando recriar as formas de vida primitiva. É assustador pensar que nossos primeiros ancestrais (os primeiros) ficaram sem oxigênio.
Ilya Khel
