Todos os organismos vivos hoje traçam a sua linhagem até um único ancestral comum que viveu há cerca de quatro mil milhões de anos. Os cientistas referem-se a este organismo como o “último ancestral comum universal” e representa a primeira forma de vida que pode ser testada usando métodos evolutivos atualmente estabelecidos.
A pesquisa sobre esse ancestral antigo mostra que muitas das características observadas na vida moderna já estavam presentes naquela época. As células já possuíam membranas e a informação genética estava armazenada no DNA. Como estas características essenciais já estavam estabelecidas, os cientistas que tentam compreender como a vida tomou forma pela primeira vez devem olhar para trás 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 Dr. Genômica CelularOs pesquisadores Aaron Goldman (Oberlin College), Greg Fournier (MIT) e Betul Kakar (Universidade de Wisconsin-Madison) descrevem uma maneira de explorar esse período anterior de evolução. “Embora o último ancestral comum universal seja o organismo mais antigo que podemos estudar com métodos evolutivos”, disse Goldman, “alguns genes em seu genoma eram muito mais antigos”. 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.
Um parálogo é um grupo de genes relacionados que aparecem mais de uma vez dentro de 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 evoluíram a partir de um único gene ancestral da globina que existia há cerca de 800 milhões de anos. Com o tempo, erros repetidos de cópia produzem versões adicionais de genes, e cada cópia desenvolve gradualmente sua própria função especializada.
O que torna o Universal Paralog único?
Os parálogos universais são muito raros. Estas famílias de genes aparecem em pelo menos duas cópias nos genomas de quase todos os organismos vivos. A sua presença generalizada sugere que a duplicação do gene original ocorreu antes do aparecimento do último ancestral comum. Esses genes duplicados foram transmitidos através de inúmeras gerações e ainda estão presentes na vida hoje.
Devido a este profundo alcance evolutivo, os autores argumentam que os parálogos universais são um recurso crítico, mas muitas vezes negligenciado, para estudar a história inicial da vida na Terra. Esta abordagem está se tornando mais prática à medida que novas técnicas baseadas em IA e hardware otimizado para IA tornam mais fácil a análise detalhada de padrões genéticos antigos.
“Embora saibamos que existem poucos parálogos universais”, disse Goldman, “eles podem nos dizer muito sobre como era a vida antes da época do último ancestral comum comum.” Fournier acrescentou: “A história desses parálogos universais é a única informação que teremos sobre essas primeiras linhagens celulares e, portanto, precisamos extrair deles o máximo de conhecimento possível”.
A primeira fórmula de função celular
Na sua análise, Goldman, Fournier e Kakar revisaram todos os parálogos universais conhecidos. Cada um desses genes desempenha um papel na produção de proteínas ou na movimentação de moléculas através das membranas celulares. Esta descoberta sugere que a produção de proteínas e o transporte de membranas estiveram entre as primeiras funções biológicas a evoluir.
Os pesquisadores também enfatizam a importância de reconstruir formas antigas destes genes. Num estudo do laboratório de Goldman em Oberlin, os cientistas examinaram uma família paráloga universal envolvida 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 simples e antiga ainda pode fixar-se às membranas celulares e interagir com a maquinaria que produz as proteínas. Isto provavelmente ajudou as primeiras proteínas a incorporarem-se em membranas primitivas, fornecendo informações sobre como as primeiras células poderiam ter funcionado.
Uma nova janela sobre o início da história da vida
Os autores esperam que os avanços contínuos nas ferramentas computacionais permitam aos cientistas identificar famílias adicionais de parálogos universais e estudar os seus ancestrais antigos com mais detalhes. “Ao prosseguir parálogos universais”, diz Kakar, “podemos ligar os primeiros passos da vida na Terra com as ferramentas da ciência moderna. Eles permitem-nos transformar 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, lançando luz sobre como a vida como a conhecemos surgiu.
