O último ancestral comum universal (LUCA) - o ancestral compartilhado por todos os seres vivos atuais - não simplesmente “surgiu do nada” na Terra há cerca de 4,2 mil milhões de anos.
Parte do seu genoma parece ter sido herdada de uma fonte ainda mais antiga e, por isso mesmo, mais enigmática.
O biólogo Aaron Goldman, do Colégio Oberlin (EUA), explica que, embora o LUCA seja o organismo mais remoto que conseguimos estudar com ferramentas evolutivas, alguns genes presentes no seu genoma são ainda mais antigos do que ele.
Em um artigo de perspectiva, Goldman e mais dois biólogos norte-americanos - Greg Fournier, do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), e Betül Kaçar, da Universidade de Wisconsin–Madison - defendem que esses genes antiquíssimos, especialmente os que codificam proteínas, merecem uma análise mais cuidadosa se quisermos compreender melhor os alicerces da vida na Terra.
Reconstruções de sequências ancestrais e o LUCA: por que olhar para genes mais antigos
Os autores não são os primeiros a usar famílias de genes antigas para inferir as camadas mais profundas da história evolutiva. Ainda assim, o trio faz questão de reforçar o argumento agora porque avanços importantes em reconstruções de sequências ancestrais tornaram possível examinar o genoma do LUCA com um nível de detalhe sem precedentes.
A genética, tal como a história, tende a ser “escrita pelos vencedores”: se um ser vivo não deixou descendentes, quase não há como saber que ele existiu.
E o registo fóssil não recua até a época em que o LUCA provavelmente viveu. Isso faz com que os nossos próprios genes se tornem uma das poucas pistas concretas disponíveis no mundo real.
Parálogos universais: as duplicações antigas que apontam para as raízes da vida
Entre essas pistas estão as famílias de genes duplicadas muito antigas, conhecidas como parálogos universais. Trata-se de duplicações raras que aparecem em todos os ramos da vida existentes hoje. Se estão em toda parte, isso implica que a duplicação aconteceu antes de esses ramos se separarem.
Se imaginarmos o LUCA como o tronco da nossa “árvore genealógica” genética, então os organismos unicelulares que, em algum momento, já carregavam essas duplicações seriam as raízes da própria vida - precursores enterrados no tempo que contribuíram para o surgimento de animais, plantas, fungos e bactérias.
Kaçar resume a importância do tema ao dizer que, ao seguir os parálogos universais, conseguimos ligar os primeiros passos da vida na Terra às ferramentas da ciência moderna. Para ela, essas duplicações abrem a possibilidade de transformar os pontos mais obscuros da evolução e da biologia em descobertas que, de facto, podem ser testadas.
O que se perde com o tempo: divergência, eventos evolutivos e transferência horizontal de genes
Os cientistas só conseguem levantar hipóteses sobre o que acontecia quando o LUCA existiu - e, com ainda menos segurança, sobre o que ocorreu antes dele. É provável que o LUCA não estivesse sozinho: ele teria coexistido dentro de um “sistema ecológico estabelecido”, descrito como “moderadamente produtivo”.
O grau de simplicidade ou complexidade desses organismos e dos seus ecossistemas continua em debate.
Goldman e colegas observam que, até ao momento, só é conhecido um número reduzido de famílias de proteínas classificadas como parálogos universais. Contudo, essa escassez não significa necessariamente que o LUCA tivesse poucos parálogos no seu proteoma.
Com o passar do tempo, muitos desses parálogos podem ter desaparecido da “árvore” por diferentes razões: eventos evolutivos, divergência genética ou transferência horizontal de genes (um mecanismo comum pelo qual bactérias partilham genes numa população). Esses processos podem mascarar a natureza extremamente antiga de genes específicos de proteínas que ainda funcionam hoje.
Por isso, os autores afirmam que é provável que a maioria das famílias de proteínas presentes no LUCA já não seja detectável por análises filogenéticas. Essa limitação, porém, torna ainda mais valioso tudo aquilo que continua acessível à investigação.
Fournier destaca que a história dos parálogos universais pode ser a única informação que jamais teremos sobre as primeiras linhagens celulares - e, por isso, é essencial extrair delas o máximo de conhecimento possível.
O que esses genes antiquíssimos fazem: tradução genética, enzimas e membranas
Alguns parálogos universais participam do sistema de tradução genética, que os autores consideram provavelmente o sistema molecular mais antigo preservado nos seres vivos atuais.
Outros estão associados à produção de enzimas ou a proteínas envolvidas na manutenção do funcionamento de membranas biológicas.
Um exemplo recente vem de uma linha de pesquisa que identificou ancestrais anteriores ao LUCA de enzimas conhecidas como aminoacil tRNA sintetases.
Dizer que essas enzimas são importantes para a vida é pouco: elas garantem a ligação do aminoácido correto ao seu RNA de transferência correspondente, o que permite organizar aminoácidos numa sequência que, ao final, forma uma proteína.
O facto de existirem ancestrais pré-LUCA dessas enzimas sugere que formas de vida muito antigas já conseguiam incorporar aminoácidos em proteínas codificadas geneticamente antes mesmo de surgirem parentes mais “modernos”.
No conjunto, os autores concluem que a transição para um código genético moderno, antes do LUCA, foi um processo evolutivo complexo, que envolveu múltiplos mecanismos - incluindo a co-evolução com vias de biossíntese de aminoácidos.
Para onde isso aponta: testar hipóteses sobre o começo da vida
Além de reconstituir sequências e mapear duplicações antigas, uma consequência prática desse campo é orientar experiências: ao inferir versões ancestrais de proteínas e comparar o seu desempenho com versões modernas, torna-se possível testar em laboratório quais funções poderiam ser viáveis em ambientes primordiais e quais transições bioquímicas exigiriam etapas intermediárias.
Esses resultados também dialogam com a busca por vida fora da Terra. Se certos sistemas - como partes do mecanismo de tradução - parecem ter raízes mais profundas do que o próprio LUCA, então eles podem representar princípios gerais de organização biológica, úteis para interpretar possíveis bioassinaturas em ambientes extraterrestres e para delimitar o que torna a vida “parecida com a nossa”.
O estudo foi publicado na revista Genômica Celular.
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