Cientistas encontram genes que existiam antes de toda a vida na Terra

A pesquisa sobre este ancestral antigo mostra que muitas características vistas na vida moderna já existiam naquela época. As células já tinham membranas e a informação genética estava armazenada no DNA. Como estas características essenciais já estavam estabelecidas, os cientistas que procuram compreender como a vida tomou forma devem olhar ainda mais para trás no tempo, para eventos 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 Betül Kaçar (Universidade de Wisconsin-Madison) descrevem uma maneira de explorar esse período anterior de evolução. “Embora o último ancestral comum universal seja o organismo mais antigo que podemos estudar com 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 em um único genoma. Os humanos fornecem um exemplo claro. Nosso DNA contém oito genes diferentes de hemoglobina, todos os quais produzem proteínas que transportam oxigênio pelo sangue. Todos esses genes se originaram 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 produziram versões extras do gene, e cada cópia desenvolveu gradualmente sua própria função especializada.

O que torna os parálogos universais únicos

Os parálogos universais são muito mais raros. Estas famílias de genes aparecem em pelo menos duas cópias nos genomas de quase todos os organismos vivos. A sua presença generalizada sugere que a duplicação do gene original ocorreu antes do surgimento do último ancestral comum universal. Esses genes duplicados foram transmitidos através de inúmeras gerações e permanecem presentes na vida até hoje.

Devido a este profundo alcance evolutivo, os autores argumentam que os parálogos universais são um recurso crítico, embora muitas vezes esquecido, para o estudo da 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 tornam mais fácil a análise detalhada de padrões genéticos antigos.

“Embora existam 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 primeiras linhagens celulares e, portanto, precisamos extrair cuidadosamente deles o máximo de conhecimento possível”.

Pistas para as primeiras funções celulares

Na sua análise, Goldman, Fournier e Kaçar revisaram 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 examinaram uma família paráloga universal envolvida na inserção de enzimas e outras proteínas nas membranas celulares. Usando métodos padrão da biologia evolutiva e da biologia computacional, eles reconstruíram a proteína produzida pelo gene ancestral original.

Seus resultados mostraram que essa proteína antiga e mais simples ainda poderia se ligar às membranas celulares e interagir com o maquinário que produz as proteínas. Provavelmente ajudou as primeiras proteínas a se incorporarem nas membranas primitivas, oferecendo informações sobre como as primeiras células podem ter funcionado.

Uma nova janela para a história mais antiga da vida

Os autores esperam que os avanços contínuos nas ferramentas computacionais permitam aos cientistas identificar famílias parálogas universais adicionais e estudar os seus ancestrais antigos com maior detalhe. “Seguindo parálogos universais”, diz Kaçar, “podemos ligar os primeiros passos da vida na Terra às ferramentas da ciência moderna. Eles proporcionam-nos a oportunidade 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 antes do último ancestral comum universal, lançando luz sobre como a vida como a conhecemos surgiu.