Novas descobertas sugerem que a vida complexa se formou muito antes e durou muito mais tempo do que os investigadores entendiam anteriormente. Este estudo fornece novos insights sobre as condições ambientais que apoiaram a evolução inicial e desafia algumas ideias amplamente aceitas sobre quando surgiram as primeiras características celulares de ordem superior.
Liderado pela Universidade de Bristol e publicado em natureza Em 3 de dezembro, este estudo 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 oxigénio suficiente era essencial para o surgimento de vida complexa.
“A Terra tem cerca de 4,5 mil milhões de anos e as primeiras formas de vida microbiana surgiram há mais de 4 mil milhões de anos. Estes organismos consistem em dois grupos: bactérias e arquéias diferentes, mas relacionadas, conhecidas coletivamente como procariontes”, disse a coautora Anja Spang, do Departamento de Microbiologia e Biogeoquímica do Instituto Real Holandês de Pesquisa Marinha.
Durante centenas de milhões de anos, os procariontes foram os únicos organismos vivos na Terra. Eventualmente, células eucarióticas mais complexas evoluíram, dando origem a algas, fungos, plantas e animais.
Repensando as origens dos eucariotos
Davide Pisani, professor de Genómica de Sistemas na Escola de Ciências Biológicas da Universidade de Bristol e co-autor do artigo, disse: “Idéias anteriores sobre como e quando os primeiros procariontes se transformaram em eucariontes complexos permaneceram em grande parte no domínio da especulação. As estimativas abrangem um bilhão de anos porque não existem formas intermediárias e faltam evidências fósseis claras.”
Para esclarecer esta mudança no debate de longa data, a equipa expandiu os métodos existentes de “relógio molecular”, uma ferramenta usada para estimar quando diferentes espécies partilharam um ancestral pela última vez.
“Há dois aspectos nesta abordagem: ao coletar dados de sequência de centenas de espécies e combiná-los com evidências fósseis conhecidas, somos capazes de criar uma árvore da vida resolvida no tempo. Podemos então aplicar esta estrutura para analisar melhor o tempo de eventos históricos dentro de famílias de genes individuais, “explica o co-autor principal, Professor Tom Williams, do Departamento de Ciências da Vida da Universidade de Bath.
Um início precoce da complexidade celular
Os pesquisadores examinaram mais de cem famílias de genes em múltiplos sistemas biológicos e se concentraram nas características que distinguem os eucariontes dos procariontes. Isso lhes dá uma imagem mais clara de como as características celulares complexas se desenvolvem.
Os seus resultados sugerem que a transição para a complexidade começou há quase 2,9 mil milhões de anos, quase mil milhões de anos antes de algumas estimativas anteriores. Há evidências de que estruturas como o núcleo são anteriores às mitocôndrias. “O processo de complexidade cumulativa ocorre 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).
As descobertas permitem aos investigadores descartar alguns modelos existentes de eucariogénese (a evolução da vida complexa). Como os resultados não se enquadram perfeitamente em nenhuma explicação atual, a equipe propôs um novo cenário chamado “CALM” – Complexo Archaea, Late Mitochondria.
Introdução ao modelo CALM
O autor principal, Christopher Kay, pesquisador associado da Escola de Ciências Biológicas da Universidade de Bristol, disse:”O que é único neste estudo é que ele analisa em detalhes o que essas famílias de genes realmente fazem e quais proteínas interagem com quais proteínas, tudo no espaço de tempo. Foi necessária uma combinação de múltiplas disciplinas para fazer isso: paleontologia para informar a linha do tempo, filogenia para criar uma árvore fiel e útil, e biologia molecular para fornecer contexto para essas famílias de genes. Foi um grande empreendimento. “
“Uma das nossas descobertas mais importantes é que as mitocôndrias apareceram significativamente mais tarde do que o esperado. Este momento coincide com o primeiro grande aumento do oxigénio atmosférico”, acrescentou o autor Philip Donoghue, professor de paleontologia na Escola de Ciências da Terra da Universidade de Bristol.
“Esta visão liga diretamente a biologia evolutiva à história geoquímica da Terra. Os ancestrais arqueais dos eucariotos começaram a desenvolver características complexas num oceano completamente privado de oxigénio, há cerca de mil milhões de anos, quando o oxigénio se tornou abundante.”
