Cada organismo vivo traça a sua linhagem até um ancestral comum que viveu há cerca de quatro mil milhões de anos. Os cientistas chamam este organismo de “último ancestral comum universal” e representa a forma de vida mais antiga que pode atualmente ser estudada usando métodos evolutivos estabelecidos.
Estudos deste antigo ancestral mostram que muitas características da vida moderna já estavam presentes naquela época. As células já tinham membranas e a informação genética estava armazenada no DNA. Uma vez que estas características básicas já foram estabelecidas, os cientistas que procuram compreender como a vida surgiu devem olhar ainda mais para trás, para os acontecimentos evolutivos que ocorreram antes da existência deste ancestral comum.
Estudando a vida antes do primeiro ancestral comum
Em um estudo publicado na revista Genômica celularos pesquisadores Aaron Goldman (Oberlin College), Greg Fournier (MIT) e Bethul Cachar (Universidade de Wisconsin-Madison) descrevem uma maneira de estudar esse período anterior de evolução. “Embora o último ancestral comum universal seja o organismo mais antigo que podemos estudar usando métodos evolutivos”, disse Goldman, “alguns dos genes em seu genoma eram muito mais antigos”. A equipe concentra-se em um grupo especial de genes chamados “parálogos universais”, que preservam evidências de mudanças biológicas que ocorreram antes do último ancestral comum universal.
Um parálogo é um grupo de genes relacionados que aparecem várias vezes no mesmo genoma. As pessoas dão um bom exemplo. Nosso DNA contém oito genes diferentes de hemoglobina, todos os quais produzem proteínas que transportam oxigênio pelo sangue. Todos esses genes evoluíram a partir de um único gene ancestral da globina que existia há cerca de 800 milhões de anos. Durante longos períodos de tempo, repetidos erros de cópia criaram versões adicionais do gene, e cada cópia desenvolveu gradualmente o seu papel especializado.
O que torna os Paralogs Universais únicos
Os parálogos universais são muito menos comuns. Estas famílias de genes estão presentes em pelo menos duas cópias nos genomas de quase todos os organismos vivos. A sua presença generalizada sugere que a duplicação genética inicial ocorreu antes do aparecimento do último ancestral comum universal. Esses genes duplicados foram transmitidos através de inúmeras gerações e permanecem vivos até hoje.
Devido a esta profunda cobertura evolutiva, os autores argumentam que os parálogos universais são um recurso importante, mas muitas vezes esquecido, para estudar a história mais antiga da vida na Terra. Esta abordagem está se tornando mais prática à medida que novas técnicas baseadas em IA e hardware otimizado para IA facilitam a análise detalhada de padrões genéticos antigos.
“Embora existam muito poucos parálogos universais que conheçamos”, diz Goldman, “eles podem nos fornecer muitas informações sobre como era a vida antes da época do último ancestral comum universal”. Fournier acrescenta: “A história desses parálogos universais é a única informação que teremos sobre essas linhagens celulares mais antigas e, portanto, precisamos extrair cuidadosamente deles o máximo de conhecimento possível”.
Pistas sobre as primeiras funções celulares
Em sua análise, Goldman, Fournier e Cachar consideraram todos os parálogos universais conhecidos. Cada um desses genes desempenha um papel na construção de proteínas ou na movimentação de moléculas através das membranas celulares. Esta descoberta sugere que a produção de proteínas e o transporte de membranas estiveram entre as primeiras funções biológicas a evoluir.
Os pesquisadores também enfatizam a importância de reconstruir as formas antigas destes genes. Num estudo do laboratório de Goldman em Oberlin, os cientistas investigaram uma família universal de parálogos envolvidos na inserção de enzimas e outras proteínas nas membranas celulares. Usando técnicas padrão em biologia evolutiva e biologia computacional, eles reconstruíram a proteína produzida pelo gene ancestral original.
Os seus resultados mostraram que esta proteína antiga e mais simples ainda pode fixar-se às membranas celulares e interagir com a maquinaria que produz as proteínas. Provavelmente ajudou as primeiras proteínas a incorporarem-se nas membranas primitivas, dando uma ideia de como as primeiras células poderiam ter funcionado.
Uma nova janela para o início da história da vida
Os autores esperam que novos avanços nas ferramentas computacionais permitam aos cientistas identificar famílias universais adicionais de parálogos e estudar os seus ancestrais antigos com mais detalhes. “Seguindo parálogos universais”, diz Kachar, “podemos conectar os primeiros estágios da vida na Terra com as ferramentas da ciência moderna. Eles nos dão a chance de transformar as incógnitas mais profundas da evolução e da biologia em descobertas que podemos realmente testar.” O seu objetivo é construir uma imagem mais clara da evolução até ao último ancestral comum universal, lançando luz sobre como surgiu a vida tal como a conhecemos.
