A vida complexa geralmente é contada como uma história de oxigênio. Primeiro a Terra mudou, depois a vida tornou-se mais complexa: o oxigénio aumentou, as células adquiriram novas opções energéticas e longos caminhos abriram-se para plantas, animais e fungos.
Um estudo da Nature liderado pela Universidade de Bristol torna essa ordem menos organizada. No artigo, Christopher J. Kay e colegas argumentam que a antiga linhagem arqueológica hospedeira a partir da qual os eucariontes evoluíram já estava desenvolvendo partes da maquinaria celular associada a células complexas em oceanos em grande parte anóxicos, muito antes de a atmosfera da Terra se tornar rica em oxigênio.
As descobertas não significam que animais, plantas ou fungos existissem há 2,9 mil milhões de anos. Isto significa que o conjunto de ferramentas celulares que mais tarde tornou possível a vida eucariótica pode ter começado a ser montado muito antes do registo fóssil de organismos complexos identificáveis.
Linhagem por trás de células complexas
Os organismos no centro da questão são Archaea, um dos principais domínios da vida. Dentro desse domínio, asgard archaea tornaram-se o foco do debate sobre a eucariogênese: o processo evolutivo que produz células com núcleo, órgãos internos e mitocôndrias.
Num artigo da Nature de 2017, Katarzyna Zaremba-Niedzwidzka e colegas descrevem como Asgard archaea ilumina as origens da complexidade celular eucariótica. Os seus genomas contêm proteínas que antes se pensava serem específicas dos eucariotas, incluindo elementos associados ao tráfego de membranas e outros sistemas de organização celular.
Esta descoberta não mostrou uma célula eucariótica completa escondida dentro de uma archaea. Também mostrou algo mais sutil: peças do conjunto de ferramentas eucarióticas posteriores já estavam presentes em parentes antigos. Uma nova pesquisa liderada por Bristol pergunta quando essas peças se juntaram.
papel da natureza, “Duplicações genéticas datadas explicam a montagem evolutiva dos eucariotos”.Usando cópias datadas de genes para reconstruir a sequência de eventos. D Publicação da Universidade de Bristol descreveu o resultado como suporte para um modelo arqueano complexo, de mitocôndria tardia, ou CALM.
Esta é uma pesquisa, não um consenso fixo. Baseia-se em reconstruções evolutivas, datação molecular e comparações com genomas modernos, em vez de uma célula fóssil que pode ser apontada ao microscópio.
Por que o tempo de oxigênio é importante?
A história do oxigênio na Terra não é uma simples mudança de vazio para cheio. Em um artigo da Nature de 2008, Lee Kump descreveu o quadro emergente Emergência do oxigênio atmosféricoDesde a atmosfera primitiva, quase desprovida de oxigênio, até o mundo atual, rico em oxigênio. O Grande Evento de Oxidação ocorre geralmente há cerca de 2,4 bilhões de anos, embora os detalhes do oásis de oxigênio local e da química dos oceanos sejam contestados.
Se a data liderada por Bristol estiver correta, a linhagem hospedeira arqueal que leva aos eucariontes já estava acumulando maquinaria de células complexas antes daquela grande transição atmosférica. Isto é importante porque os eucariontes são frequentemente discutidos em relação ao oxigénio: as mitocôndrias utilizam o oxigénio de forma eficiente, as células maiores têm maiores exigências energéticas e, mais tarde, a vida multicelular depende fortemente da disponibilidade de oxigénio.
O artigo, portanto, separa duas questões que muitas vezes ficam confusas. Uma delas é quando as partes moleculares das células complexas começam a aparecer. A outra é quando o ambiente rico em oxigénio permite que essas partes sejam utilizadas pelos tipos de células e organismos que mais tarde dominarão a biosfera visível.
Essas duas datas podem não ser iguais.
O que significa maquinaria celular aqui?
As frases podem parecer vagas, por isso a precisão é importante. O artigo da Nature diz que o suposto hospedeiro já tinha características celulares complexas antes da endossimbiose mitocondrial, incluindo um citoesqueleto elaborado, membranas de tráfego, sistemas de endomembranas, maquinaria fagocítica e um núcleo. As células eucarióticas usam esses tipos de sistemas para se organizarem internamente, moverem materiais e gerenciarem compartimentos.
A pesquisa liderada por Bristol acrescenta dimensões de tempo. Isto sugere que estes tipos de sistemas celulares só evoluíram depois de o oxigénio se ter tornado abundante. Alguns podem ter feito parte de um experimento arqueológico mais antigo sobre organização celular.
Anóxico não significa simples
Um equívoco tentador é que a vida sem oxigênio deve ter sido primitiva em todos os sentidos. Isso é muito direto. Os oceanos anóxicos ainda podem hospedar ecologias microbianas complexas, gradientes químicos, parcerias sintróficas e estratégias metabólicas elaboradas. O baixo teor de oxigênio limita algumas opções, mas não impede a evolução de criar sistemas moleculares complexos.
Esse ponto é importante para a Terra primitiva e também para a astronomia. Se o núcleo da complexidade celular começa num ambiente pobre em oxigénio, então o oxigénio não pode ser o único sinal ambiental para o início de uma biologia mais complexa. Isto ainda pode ter sido crucial para organismos grandes e activos posteriores, mas os primeiros passos em direcção à arquitectura de células eucarióticas podem ter sido menos dependentes de planetas ricos em oxigénio do que muitos relatos comuns sugerem.
A descoberta está ao lado de evidências de que as próprias Asgard archaea são metabolicamente diversas. Um artigo da Nature de 2023 liderado por Laura M. colocou os eucariontes dentro da Archaea Asgard, como uma linhagem irmã dos Hoderchiles dentro da Himdalarchea, e levantou a hipótese de que cada linhagem de eucariotos havia adquirido o potencial genético para suportar um estilo de vida heterotrófico. aquele estudo, Na linhagem Himdalarchaeal de eucariotosTrata as origens eucarióticas como um problema de reconstrução, em vez de uma única descoberta de fóssil.
O novo período pobre em oxigénio pertence à mesma categoria cautelosa. Esta é uma reconstrução de um ramo evolutivo profundo, não de um organismo antigo restaurado.
O que a pesquisa não prova
O artigo não mostra que a vida multicelular complexa começou há 2,9 mil milhões de anos. Isto não mostra que o oxigênio fosse irrelevante para o sucesso eucariótico posterior. Não tenho certeza de como era o último hospedeiro arqueal ou se ele se assemelhava a algum arqueano Asgard vivo hoje.
Isso sugere que a premissa era mais antiga e mais estranha do que uma típica história que prioriza o oxigênio. Algumas das máquinas que mais tarde se tornaram centrais para células complexas podem ter evoluído em linhagens de arqueas quando os oceanos da Terra ainda eram em grande parte anóxicos e muito antes de os eucariotos serem evidentes nas rochas.
Isso muda a ênfase. O oxigênio ajudou a vida complexa a se expandir, diversificar e tornar-se energeticamente exigente. Mas os primeiros passos moleculares em direcção à complexidade celular podem ter começado num mundo que, em última análise, não parecia hospitaleiro para formas de vida herdadas.
Outras experiências virão de melhores relógios moleculares, de mais genomas de arqueas de Asgard, do trabalho estrutural das próprias proteínas e, sempre que possível, de culturas vivas que permitam aos investigadores passar da maquinaria inferida para a biologia celular observada.
