Cientistas revelam como identificaram o ancestral de toda a vida na Terra: WebCuriosos

Compreender como a vida começou e evoluiu na Terra é uma questão que fascina os humanos há muito tempo, e os cientistas modernos têm fez grandes avanços quando se trata de encontrar algumas respostas.

Agora, nosso estudo recente espera oferecer novos insights sobre a origem da vida na Terra.

Há cerca de 375 milhões de anos, os nossos antepassados, semelhantes aos peixes, respiravam através de guelras. Sobre 600 milhões de anos atrássurgiu o ancestral comum de todos os animais – o urmetazoário microscópico.

No entanto, bilhões de anos antes de tudo isso acontecer, o ancestral comum de todos os organismos vivos, o último ancestral comum universal (Luca), deve ter existido.

Os cientistas trabalharam na identificação de Luca ao longo das décadas com ideias diferentes sobre como Luca era. Outro ponto de discórdia é a idade de Luca. A evidência fóssil mais antiga que temos de vida está por volta 3,4 bilhões de anos.

Alguns estudos apontam a idade de Luca para perto do nascimento da Terra, 4,5 bilhões de anos atrás. Outros pensam que isto é impossível devido ao tempo que levaria para estabelecer o código genético e a maquinaria de replicação do ADN.

Lucas era não o primeiro forma de vida; foi o organismo do qual todos os organismos vivos descenderam. No entanto, os cientistas pensam que os organismos vivos podem ter existido muito antes de Luca.

Compreender como era Luca e quando viveu é importante para nos ajudar a descobrir como a vida evoluiu na Terra.

Em nosso estudo recente, publicado em Ecologia e Evolução da Naturezautilizámos uma combinação de métodos científicos para reconstruir o genoma de Luca e mostrar como os genes que encontrámos podem ter permitido que Luca vivesse. Este projeto foi o resultado de vários anos de trabalho e de uma equipa internacional de colaboradores.

A natureza de Lucas

Para reconstruir o genoma de Luca, precisávamos de uma amostra de genomas (toda a informação genética de um organismo) de diferentes grupos de bactérias e arquéia (organismos unicelulares distintos das bactérias) para que pudéssemos ter certeza de que estávamos amostrando a vida moderna.

Excluímos os eucariontes (plantas, animais e fungos) porque os cientistas pensam que eles evoluíram a partir de uma união de arquéias e bactérias, muito mais tarde. Tínhamos um conjunto de 700 genomas (350 archaea e 350 bactérias), já curados de um estudo de 2022 alguns de nós estivemos envolvidos.

Classificamos esses genes em diferentes famílias para entender sua finalidade nos organismos modernos. Usamos um banco de dados para isso, chamado KEGGque ajuda os cientistas a descobrir os organismos vias metabólicas (como eles sustentam a vida).

A seguir, usamos essas famílias para inferir árvores filogenéticas (ou filogenias, como uma árvore genealógica) para compreender a relação entre diferentes espécies e ver como elas evoluíram ao longo do tempo.

Também construímos um conjunto separado de 57 genes que são comuns a todos os 700 organismos do nosso estudo e que provavelmente estão presentes em quase toda a vida. Esses tipos de genes não mudaram muito nos últimos bilhões de anos.

Usamos esses 57 genes para construir uma árvore de espécies, que mostra a relação darwiniana dos diferentes organismos. Poderíamos então combinar nossas árvores genéticas KEGG com a árvore de espécies, modelando taxas de duplicação, transferência e perda de genes. Isso também nos permitiu calcular a probabilidade de diferentes famílias de genes estarem presentes em Luca.

A reconstrução do genoma de Luca permitiu-nos estimar o seu metabolismo, como se ele estivesse vivo hoje. Imaginamos Luca como um organismo bastante complexo, como as bactérias e arqueas modernas, com um genoma pequeno. No entanto, não encontramos evidências de fotossíntese (que algumas bactérias utilizam) ou fixação de nitrogênioum processo químico que algumas bactérias e arqueas modernas usam para permanecerem vivas.

Quantos anos tinha Lucas?

Também tentamos um novo método para estimar a idade de Luca usando genes que pensamos duplicado antes de Luca juntamente com informações de fósseis.

Normalmente, para inferir cronogramas evolutivos, obteríamos uma filogenia de nossa espécie de interesse com genes homólogosque remontam a um ancestral comum.

Então, encontraríamos um grupo de espécies que estão distantemente relacionadas (um grupo externo) à nossa espécie de interesse para estabelecer a raiz da filogenia.

Os “ramos” que conectam as espécies em uma filogenia contêm informações sobre a taxa em que as mudanças genéticas (mutações) ocorreram e o momento em que as espécies divergiram. Podemos usar evidências fósseis ou geológicas para informar o relógio molecular sobre possíveis idades mínimas em que eventos de especiação aconteceu.

Com Luca, porém, temos dois problemas. Não existe nenhum grupo externo para a origem da vida e não existem muitos fósseis ou muitas evidências geológicas da Terra primitiva que possamos usar para calibrar o relógio molecular.

Para superar essas restrições, usamos genes parálogos que os cientistas já haviam rastreado até Luca. Genes parálogos estão relacionados entre si por meio da duplicação de genes. Isto pode acontecer quando uma espécie se divide em duas, cada uma com a sua própria cópia do gene duplicado.

Estimamos que Luca percorreu a Terra há cerca de 4,2 mil milhões de anos. Se a nossa estimativa de tempo estiver próxima da verdade, coisas como o código genético, a tradução de proteínas e a própria vida devem ter evoluído rapidamente, quase logo após a formação da Terra.

A nossa reconstrução de Luca não é a primeira e certamente não será a última. Cada vez mais organismos são descobertos e sequenciados a cada ano, os computadores estão cada vez mais poderosos e os modelos evolutivos estão continuamente a melhorar.

Portanto, a nossa compreensão de Luca pode mudar quando mais dados e técnicas poderosas estiverem disponíveis.

Por exemplo, deveríamos considerar que provavelmente existiam muitos outros organismos que viviam na época de Luca e que hoje não são mais representados por nenhum organismo.

Se algum dos primeiros descendentes de Luca não sobreviveu, e os seus genes não sobreviveram, então nunca seremos capazes de mapear estas famílias genéticas até Luca, o que significa que a nossa reconstrução de Luca pode estar incompleta.

Apesar de todas as limitações técnicas, nosso estudo estabelece uma nova forma de compreender Luca. Mas ainda há muito trabalho a ser feito para compreender melhor como a vida evoluiu desde a formação do nosso planeta Terra.

Edmund R. R. MoodyPesquisador Associado Sênior em Biologia Evolutiva Computacional, Universidade de Bristol e Sandra Álvarez-CarreteroPesquisador, UCL

Este artigo foi republicado de A conversa sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.