Cada organismo vivo hoje pode traçar 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 examinada usando os métodos evolutivos existentes.
A pesquisa sobre esse ancestral antigo mostra que muitas das características vistas na vida moderna já estavam presentes naquela época. As células já possuem membranas celulares e a informação genética está armazenada no DNA. Agora que estas características básicas foram estabelecidas, os cientistas que desejam compreender como a vida se formou devem olhar para trás ainda mais no tempo, para os 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 um método para explorar os primeiros períodos evolutivos. “Embora o último ancestral comum universal seja o organismo mais antigo que podemos estudar usando métodos evolutivos, alguns genes em seu genoma são muito mais antigos”, disse Goldman. A equipe concentrou-se em um grupo especial de genes chamados “parálogos universais”, que preservam evidências de mudanças biológicas que ocorreram antes do último ancestral comum universal.
Parálogos são um grupo de genes relacionados que ocorrem 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 aproximadamente 800 milhões de anos. Durante longos períodos de tempo, erros repetidos de cópia criam versões extras do gene, e cada cópia desenvolve gradualmente seu próprio papel especial.
O que torna os parálogos universais únicos
Os parálogos universais são muito mais raros. Estas famílias de genes ocorrem em pelo menos duas cópias nos genomas de quase todos os organismos. A sua presença generalizada sugere que a duplicação genética original ocorreu antes do surgimento do último ancestral comum universal. Esses genes duplicados foram transmitidos através de inúmeras gerações e ainda estão presentes na vida hoje.
Devido a esta profunda influência evolutiva, os autores acreditam que os parálogos universais são um recurso importante, mas muitas vezes esquecido, para o estudo da história mais antiga da vida na Terra. Esta abordagem está se tornando cada vez mais prática à medida que novas tecnologias baseadas em IA e hardware otimizado para IA tornam mais fácil a análise detalhada de padrões genéticos antigos.
“Embora conheçamos muito poucos parálogos universais, eles podem nos dizer muito sobre como era a vida antes do último ancestral comum universal”, disse Goldman. Fournier acrescentou: “A história desses parálogos universais é a única informação que temos sobre essas linhagens celulares mais antigas, por isso precisamos extrair cuidadosamente deles o máximo de conhecimento possível”.
primeiras pistas sobre a função celular
Em sua análise, Goldman, Fournier e Casal 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 membrana estão entre as primeiras funções biológicas a evoluir.
Os pesquisadores também enfatizaram a importância de reconstruir formas antigas destes genes. Num estudo realizado no Laboratório Goldman Sachs em Oberlin, os cientistas examinaram uma família geral de parálogos envolvidos na inserção de enzimas e outras proteínas nas membranas celulares. Usando métodos padrão da biologia evolutiva e da biologia computacional, eles reconstruíram as proteínas produzidas pelos genes ancestrais originais.
Os seus resultados mostram que esta proteína antiga e mais simples ainda pode fixar-se às membranas celulares e interagir com a maquinaria que produz as proteínas. Pode ter ajudado as primeiras proteínas a incorporarem-se nas membranas primitivas, fornecendo informações sobre como funcionavam as primeiras células.
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 mais gerais e estudar os seus ancestrais antigos com mais detalhes. “Seguindo parálogos universais, podemos conectar os primeiros passos da vida na Terra às ferramentas da ciência moderna”, disse Casal. “Eles nos proporcionam uma oportunidade de traduzir 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, revelando como a vida tal como a conhecemos surgiu.
