O último ancestral compartilhado por todos os organismos vivos foi um micróbio que viveu há 4,2 bilhões de anos, tinha um genoma bastante grande codificando cerca de 2600 proteínas, desfrutava de uma dieta de gás hidrogênio e dióxido de carbono e abrigava um sistema imunológico rudimentar para combater invasores virais. Essa é a conclusão de um novo estudo que comparou os genomas de uma gama diversificada de 700 micróbios modernos e procurou por semelhanças para identificar quais características surgiram primeiro. Embora a análise não revele como a vida começou, ela sugere que um organismo celular complexo um tanto semelhante aos micróbios modernos evoluiu apenas algumas centenas de milhões de anos após a formação da Terra.
“Fiquei bastante animado”, diz Betül Kaçar, biólogo evolucionista da Universidade de Wisconsin–Madison que viu a pesquisa apresentada esta semana na reunião da Society for Molecular Biology & Evolution em Puerto Vallarta, México. (O estudo também foi publicado hoje na Nature Ecology & Evolution .) “É uma análise abrangente e um bom exemplo de como fazer este trabalho.”
Não é a primeira tentativa de esboçar a identidade do hipotético último ancestral comum universal, ou LUCA. Em 2016, por exemplo, pesquisadores liderados por William Martin, um biólogo evolucionista da Universidade Heinrich Heine de Düsseldorf, usaram uma abordagem relacionada de comparação de genomas microbianos conhecidos para fornecer a evidência genética mais convincente até agora de que LUCA provavelmente era um anaeróbio que cresceu em um ambiente desprovido de oxigênio necessário para a maioria das células hoje. A análise genética de Martin também encontrou evidências sugerindo que era um "termófilo", um micróbio amante do calor, que se alimentava de gás hidrogênio (H 2 ). Essa combinação sugeriu que ele pode ter vivido perto de aberturas oceânicas profundas perto de vulcões subaquáticos.
Sua equipe não tentou dar uma data para LUCA naquele estudo de 2016. Mas outros esforços fixaram a existência de LUCA em cerca de 3,8 bilhões de anos atrás.
No entanto, muitos outros micróbios foram completamente sequenciados desde o estudo de Martin e Kaçar observa que as ferramentas da genômica comparativa também se tornaram mais sofisticadas e hábeis. Para o novo estudo LUCA, Edmund Moody, um especialista em genômica da Universidade de Bristol, desenvolveu um método destinado a oferecer uma previsão mais precisa do momento da existência do LUCA. Uma abordagem comum depende das taxas variáveis, mas conhecidas, de mutações genéticas em espécies microbianas, bem como do ritmo de transferências de genes entre elas, para criar uma espécie de relógio molecular. Ao construir árvores genealógicas que classificam quais organismos provavelmente evoluíram de outros e rastrear mudanças genéticas em genes conservados, os pesquisadores podem estimar aproximadamente quando dois ramos vizinhos na árvore divergiram e, assim, identificar a idade de seu ancestral comum. Análises anteriores adotaram essa abordagem, contando com o rastreamento de mudanças em genes únicos compartilhados por descendentes que parecem ter LUCA como raiz.
Moody e seus colegas foram um passo além. Eles se concentraram em cinco conjuntos de genes “parálogos”, ou duplicados, que foram encontrados em múltiplas bactérias e arqueias, sugerindo que a duplicação aconteceu antes da divisão do LUCA nesses descendentes. Rastrear se uma mutação está em ambas as cópias desses genes ou apenas em uma torna mais fácil determinar o momento de sua duplicação e, portanto, as idades dos ancestrais comuns, diz Moody.
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Ao fazer isso, sua análise sugeriu que LUCA viveu há cerca de 4,2 bilhões de anos. “É talvez um pouco mais cedo do que outras estimativas, mas não muito”, diz Rika Anderson, uma microbiologista evolucionista do Carleton College que não estava envolvida no trabalho.
Para sondar o estilo de vida de LUCA como Martin fez, o grupo de Moody rastreou 57 genes "marcadores" em 350 bactérias e 350 espécies de arqueias para construir uma árvore da vida. Isso é um avanço em relação à equipe de Martin, que rastreou genes compartilhados por pelo menos duas ordens de bactérias e duas ordens de arqueias, diz Moody. Sua equipe então rastreou separadamente os padrões evolutivos de genes individuais e famílias de genes de todos os genes disponíveis nessas bactérias e arqueias catalogadas em um banco de dados genômico comumente usado. Ao comparar as histórias evolutivas de genes individuais com as das espécies, eles puderam determinar melhor quais genes foram duplicados, perdidos ou passaram por transferência horizontal de genes. A partir disso, eles deduziram o que estava presente em LUCA.
“É uma abordagem mais robusta”, diz Anderson. Mas Martin contrapõe que, apesar desse esforço, “eles obtêm exatamente o mesmo resultado, 8 anos depois”.
De fato, a análise da equipe do Reino Unido sugeriu que o LUCA se alimentava de uma dieta de dióxido de carbono (CO 2 ) e H 2 , como Martin descobriu. Mas eles também encontraram evidências de que o LUCA tinha um gene que poderia tê-lo protegido da luz ultravioleta, o que sugere que o micróbio pode ter vivido em águas superficiais, onde poderia ter capturado CO 2 e H 2 da atmosfera, em vez de em fontes de águas profundas. Ainda assim, como Martin, eles identificaram a assinatura de uma enzima chamada girase reversa que é comumente encontrada em termófilos, o que eles reconhecem significa que o LUCA também poderia ter prosperado ao redor dessas fontes.
Moody também descobriu algo novo: que o LUCA provavelmente tinha 19 genes CRISPR-Cas9, um aparelho no qual as bactérias modernas confiam para cortar o material genético de invasores virais (e a inspiração para o versátil editor de genoma agora usado em muitos campos). “LUCA tinha esse sistema imunológico inicial como uma forma de evitar vírus”, diz Moody.
Isso emociona Kaçar, pois sugere um ecossistema próspero de micróbios e patógenos tão antigos. Anderson está igualmente entusiasmado, observando que os sistemas CRISPR-Cas9 são "meio sofisticados". Isso significa que em apenas algumas centenas de milhões de anos, a vida primitiva conseguiu evoluir micróbios complexos cujas interações rapidamente se estabeleceram na estrutura de um ecossistema simples — um feito que estudos modernos que tentam descrever o LUCA há muito perdido ainda não conseguem explicar.
