Os primeiros oceanos da Terra esconderam o surgimento secreto da vida complexa

Liderado pela Universidade de Bristol e publicado em Natureza em 3 de dezembro, o trabalho mostra que organismos complexos começaram a se desenvolver muito antes dos níveis de oxigênio na atmosfera atingirem níveis significativos. Até agora, muitos cientistas acreditavam que o oxigênio abundante era essencial para o surgimento de vida complexa.

“A Terra tem aproximadamente 4,5 mil milhões de anos, com as primeiras formas de vida microbiana a aparecer há mais de 4 mil milhões de anos. Estes organismos consistiam em dois grupos – bactérias e arquéias distintas mas relacionadas, conhecidas colectivamente como procariontes”, disse a co-autora Anja Spang, do Departamento de Microbiologia e Biogeoquímica do Instituto Real Holandês de Investigação Marítima.

Durante centenas de milhões de anos, os procariontes foram os únicos organismos vivos no planeta. Células eucarióticas mais complexas eventualmente evoluíram, dando origem a algas, fungos, plantas e animais.

Repensando as origens dos eucariotos

Davide Pisani, professor de filogenómica na Escola de Ciências Biológicas da Universidade de Bristol e co-autor, observou: “Idéias anteriores sobre como e quando os primeiros procariontes se transformaram em eucariotas complexos têm estado em grande parte no domínio da especulação. As estimativas abrangem um bilhão de anos, já que não existem formas intermediárias e faltam evidências fósseis definitivas.”

Para esclarecer esta transição há muito debatida, a equipa expandiu o método existente de “relógios moleculares”, uma ferramenta usada para estimar quando diferentes espécies partilharam um ancestral pela última vez.

“A abordagem foi dupla: ao coletar dados de sequência de centenas de espécies e combiná-los com evidências fósseis conhecidas, fomos capazes de criar uma árvore da vida resolvida no tempo. Poderíamos então aplicar esta estrutura para resolver melhor o tempo de eventos históricos dentro de famílias de genes individuais, “explicou o co-autor principal, Professor Tom Williams, do Departamento de Ciências da Vida da Universidade de Bath.

Um início muito anterior à complexidade celular

Os pesquisadores examinaram mais de cem famílias de genes em vários sistemas biológicos e se concentraram nas características que separam os eucariontes dos procariontes. Isso lhes permitiu reconstruir uma imagem mais clara de como as características celulares complexas se desenvolveram.

Os seus resultados indicam 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. A evidência sugere que estruturas como o núcleo surgiram bem antes das mitocôndrias. “O processo de complexificação cumulativa ocorreu durante um período de tempo muito mais longo do que se pensava anteriormente”, disse o autor Gergely Szöllősi, chefe da Unidade de Genômica Evolutiva Baseada em Modelo do Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa (OIST).

Estas descobertas permitiram aos investigadores descartar alguns modelos existentes de eucariogénese (a evolução da vida complexa). Como os resultados não correspondiam totalmente a nenhuma explicação atual, a equipe propôs um novo cenário chamado ‘CALM’ – Complex Archaeon, Late Mitochondrion.

Apresentando o modelo CALM

Christopher Kay, pesquisador associado da Escola de Ciências Biológicas da Universidade de Bristol, disse:”O que diferencia este estudo é examinar detalhadamente o que essas famílias de genes realmente fazem – e quais proteínas interagem com quais – tudo em tempo absoluto. Foi necessária a combinação de uma série de disciplinas para fazer isso: paleontologia para informar a linha do tempo, filogenética para criar árvores fiéis e úteis e biologia molecular para dar um contexto a essas famílias de genes. Foi um grande trabalho. “

“Uma das nossas descobertas mais significativas foi que as mitocôndrias surgiram significativamente mais tarde do que o esperado. O momento coincide com o primeiro aumento substancial do oxigénio atmosférico”, acrescentou o autor Philip Donoghue, professor de Paleobiologia na Escola de Ciências da Terra da Universidade de Bristol.

“Esta visão liga a biologia evolutiva diretamente à história geoquímica da Terra. O ancestral arqueal dos eucariotos começou a desenvolver características complexas cerca de um bilhão de anos antes de o oxigênio se tornar abundante, em oceanos que eram totalmente anóxicos.”