As novas descobertas sugerem que a vida complexa começou a se formar muito mais cedo e durante um período de tempo muito mais longo do que os investigadores pensavam anteriormente. A pesquisa fornece novos insights sobre as condições ambientais que apoiaram a evolução inicial e desafia uma série de ideias amplamente difundidas sobre quando surgiram as funções celulares avançadas.
Sob a direção da Universidade de Bristol e publicado em Natureza O artigo de 3 de dezembro mostra que organismos complexos começaram a evoluir muito antes dos níveis de oxigênio atmosférico atingirem níveis significativos. Até agora, muitos cientistas acreditavam que uma grande quantidade de oxigênio era necessária para o surgimento de vida complexa.
“A Terra tem aproximadamente 4,5 mil milhões de anos e as primeiras formas de vida microbiana surgiram há mais de 4 mil milhões de anos. Estes organismos consistiam em dois grupos – bactérias e arquéias separadas, mas relacionadas, conhecidas como procariontes”, disse a co-autora Anja Spang, do Departamento de Microbiologia e Biogeoquímica do Instituto Real Holandês de Investigação Marinha.
Durante centenas de milhões de anos, os procariontes foram os únicos organismos vivos no planeta. Células eucarióticas mais complexas evoluíram ao longo do tempo, dando origem a algas, fungos, plantas e animais.
Repensando a origem dos eucariontes
David Pisani, professor de filogenómica na Escola de Ciências Biológicas da Universidade de Bristol e coautor, observou: “As ideias anteriores sobre como e quando os primeiros procariontes evoluíram para eucariotas complexos eram em grande parte especulativas. As estimativas abrangem mil milhões de anos porque não existem formas intermédias e faltam fósseis definitivos.”
Para esclarecer esta transição há muito debatida, a equipa ampliou o método existente de “relógios moleculares”, uma ferramenta usada para estimar quando diferentes espécies partilharam pela última vez um ancestral comum.
“A abordagem foi dupla: ao coletar dados de sequência de centenas de espécies e combiná-los com fósseis conhecidos, fomos capazes de criar uma árvore da vida resolvida no tempo. Poderíamos então aplicar esta estrutura para determinar melhor o momento dos eventos históricos dentro de famílias de genes individuais, “explicou um dos autores principais, o professor Tom Williams, do Departamento de Ciências da Vida da Universidade de Bath.
Um início muito mais precoce da complexidade celular
Os pesquisadores estudaram mais de cem famílias de genes em vários sistemas biológicos e se concentraram nas características que distinguem os eucariotos dos procariontes. Isso permitiu-lhes reconstruir uma imagem mais clara de como evoluíram as funções celulares complexas.
Os seus resultados mostram que a mudança em direcção à complexidade começou há quase 2,9 mil milhões de anos – quase mil milhões de anos antes de algumas estimativas anteriores. As evidências sugerem que estruturas como o núcleo apareceram muito antes das mitocôndrias. “O processo de complicação cumulativa ocorreu durante um período de tempo muito mais longo do que se pensava anteriormente”, disse o autor Gergeli Söllösi, chefe da Divisão de Genômica Evolutiva Baseada em Modelo do Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa (OIST).
Estas descobertas permitiram aos investigadores rejeitar alguns modelos existentes de eucariogénese (a evolução da vida complexa). Como os resultados não se enquadravam totalmente em nenhuma das explicações atuais, a equipe propôs um novo cenário chamado “QUIET” – um arqueeon complexo, mitocôndrias tardias.
Apresentando o modelo CALM
O autor principal, Christopher Kay, pesquisador da Escola de Ciências Biológicas da Universidade de Bristol, disse:”O destaque deste estudo é o estudo detalhado do que essas famílias de genes realmente fazem – e com quais proteínas elas interagem – tudo em tempo absoluto. Isso exigiu uma combinação de uma série de disciplinas: paleontologia para informar a linha do tempo, filogenética para criar árvores precisas e úteis e biologia molecular para dar contexto a essas famílias de genes. Foi muito trabalhoso. “
“Uma das nossas descobertas mais significativas foi que as mitocôndrias surgiram muito mais tarde do que o esperado. O momento coincide com o primeiro aumento significativo do oxigénio atmosférico”, acrescentou o autor Philip Donahue, professor de paleobiologia na Escola de Ciências da Terra da Universidade de Bristol.
“Este entendimento liga a biologia evolutiva diretamente à história geoquímica da Terra. Um ancestral arqueal dos eucariontes começou a desenvolver características complexas cerca de um bilhão de anos antes de o oxigênio se tornar abundante, em oceanos que eram completamente anóxicos.”
