No século XX, a biologia molecular estabeleceu que todos os organismos vivos compartilharam as mesmas macromoléculas portadoras de informações (DNA, RNA e proteínas), e o mesmo código genético para transferir informações entre essas moléculas. Esta unidade do mundo vivo aponta para uma origem comum, um ancestral que tinha todas estas características. Como um aceno para Lucy, o ancestral comum foi apelidado de LUCA (um acrônimo para Last Universal Common Ancestor) durante um simpósio internacional organizado na França pela Fondation des Treilles em 1996. Usando dados de genômica comparativa, uma disciplina então emergente baseada em organismos seqüenciadores pertencentes aos três domínios do mundo vivo (archaea, bactérias e eucariotas), esta comunidade de pesquisa se propôs a reconstruir as características da LUCA. No ano passado, um novo fórum foi realizado na Fondation des Treilles para celebrar o vigésimo aniversário da nomeação da LUCA, rever os dados coletados desde 1996, e esboçar um esboço inicial deste ancestral.
P>Seja primeiro esclarecido um mal-entendido freqüente: A LUCA, que viveu há mais de três bilhões de anos, não foi a primeira célula a aparecer em nosso planeta. A genômica comparativa demonstrou a existência de três moléculas de RNA e 34 proteínas ribossômicas1 comuns a todos os organismos vivos e, portanto, também à LUCA. Dada a sua complexidade, estas moléculas só poderiam ter aparecido após um longo período de evolução. A LUCA deve, portanto, ter compartilhado o planeta com muitos outros organismos resultantes deste mesmo período de tempo. No entanto, seus contemporâneos não deixaram descendentes, o que não quer dizer que eles não nos entregaram certos genes, assim como os Denisovans e Neandertais fizeram com nossos ancestrais Homo sapiens. Um paralelo também pode ser feito entre a LUCA e a Eva Africana, a última mãe comum a todas as mulheres modernas: Eve também não foi a primeira mulher Homo sapiens, nem vivia sozinha na África na época.
Dois ramos, mesma árvore
Genômica comparativa em ribossomos também revelou que, além das 34 proteínas universais, os ribossomos modernos contêm um grande número de proteínas exclusivas de bactérias, arquebactérias e/ou eucariotas. Uma de suas características notáveis é que eles são específicos para um dos três domínios, ou compartilhados por arquebactérias e eucariotas. No curso da evolução, estas proteínas foram, portanto, adquiridas em duas linhagens separadas: uma conduzindo da LUCA para as bactérias, e a outra da LUCA para as arcaicas e eucariotas.
LUCA’s ribosomes were therefore less complex than modern ones, with around half the number of proteins. Em termos gerais, a comparação de mecanismos moleculares em arcaea e bactérias mostrou que, em todos os casos, estes processos devem ter sido consideravelmente mais simples em LUCA do que em células modernas, e que a complexidade crescente ocorreu independentemente em bactérias, por um lado, e em arcaea e eucariotas, por outro.
LUCA provavelmente não possuía os complexos moleculares ultra-sofisticados encontrados em organismos modernos, que por exemplo, lhes permitem produzir energia de forma muito eficiente. Similarmente, seu genoma era provavelmente ainda composto de RNA, e é possível que o DNA e seus mecanismos de replicação tenham aparecido duas vezes independentemente, talvez de linhagens virais muito antigas. A presença de vírus no tempo da LUCA é evidenciada hoje pela existência de grandes famílias de vírus cujos membros infectam tanto bactérias, archaea como eucariotas.
Um ancestral frio (ou tépido)
A descoberta da arcaea vivendo a temperaturas muito altas sugeriu inicialmente que a própria LUCA era um hipertermófiloFermerHyperthermophiles são arcas cuja temperatura ótima de crescimento é igual ou superior a 80°C (definido pelo microbiologista alemão Karl Stetter, que foi o primeiro a descrever a maioria desses microorganismos). A reconstrução de algumas das suas sequências ancestrais por uma equipa do CNRS com sede em Lyon, chefiada por Manolo Gouy2, mostrou que provavelmente não foi esse o caso. No entanto, o trabalho da mesma equipa demonstra que os antepassados tanto das bactérias como das arcaias viviam a altas temperaturas. Como então uma LUCA fria (ou tépida) poderia ter evoluído para os antepassados quentes das bactérias e arcaias? Eu apresentei a idéia de que organismos em ambos os domínios poderiam ter se desenvolvido em suas formas atuais, adaptando-se a temperaturas cada vez mais altas. Esta mudança poderia, portanto, ter desempenhado um papel crucial na formação do mundo vivo que conhecemos hoje.
We have yet to understand the emergence of eukaryotes, organisms whose cells—unlike archaea and bacteria—have a nucleus and organelles such as mitochondria (responsible for respiration) and chloroplasts (responsible for photosynthesis). Uma hipótese popular postula que os eucariotas são descendentes de um arquebactéria que, por endosimiosimose, assimilou a bactéria da qual derivam as mitocôndrias. Em 2015, uma equipe da Suécia anunciou a descoberta de Lokiarchaeota, que poderia ser o elo que faltava entre arcaicas e eucariotas. O trabalho da nossa equipa mostrou, no entanto, que esta conclusão era tendenciosa por vários artefactos metodológicos. Nós preferimos a teoria de que os eucariotas não descenderam diretamente da arcaéia, mas compartilham com eles um ancestral comum. Algumas características dos eucariotas podem assim ter existido na LUCA e posteriormente se perdido em arcaicas e bactérias.
Sem uma máquina do tempo, desenhar um retrato da LUCA e determinar a forma da árvore universal da vida permanecerá por muito tempo questões controversas. No entanto, o fluxo constante de dados frescos da genômica comparativa diminui cada vez mais os cenários possíveis. Observe este espaço!
As análises, visões e opiniões expressas nesta seção são dos autores e não refletem necessariamente a posição ou políticas do CNRS.
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