Um estudo recente, publicado na revista Science Advances na última quarta-feira (dia 05), propõe mudar fundamentalmente a compreensão da origem da vida: bactérias e arqueias podem ter atingido o estado de organismos vivos por caminhos evolutivos separados.
A pesquisa, conduzida por cientistas da Universidade Heinrich Heine em Düsseldorf, Alemanha, analisou enzimas relacionadas ao metabolismo. Os autores concluíram que dois grandes tipos de microrganismos desenvolveram soluções próprias para superar a etapa crítica entre a química não viva e os primeiros organismos autossustentáveis.
Esta descoberta sugere que o ancestral comum universal, conhecido como LUCA, pode não ser o único ponto de partida para a vida celular. Em vez disso, a história da vida pode ter tido dois inícios distintos após a fase química comum.
A origem da vida aborda um dos problemas mais complexos da ciência: como os complexos moleculares presentes na Terra primitiva se transformaram em sistemas capazes de obter energia, crescer e se reproduzir. O metabolismo desempenha um papel central neste processo.
Embora existam várias definições de vida, a capacidade de realizar reações químicas para manter o funcionamento do organismo é considerada uma característica inerente aos seres vivos. O desafio científico reside no dilema evolutivo: as enzimas, proteínas que aceleram as reações químicas, são produzidas por organismos vivos, mas os primeiros sistemas vivos deveriam realizar essas reações antes do surgimento de tais estruturas.
Os pesquisadores acreditam que ambientes extremos, como fontes hidrotermais, poderiam ter criado as condições necessárias para essa transição. Nesses locais, metais naturais poderiam atuar como catalisadores, facilitando as reações químicas que levaram à formação de moléculas importantes para o início da vida.
Para testar essa hipótese, a equipe estudou as estruturas proteicas presentes nos genomas de bactérias e arqueias. Com base nesses dados, os cientistas desenvolveram um método para ordenar as enzimas por nível de complexidade e avaliar a ordem de aparecimento de diferentes componentes metabólicos.
Os resultados mostraram que o LUCA provavelmente possuía apenas parte das enzimas necessárias para o metabolismo moderno. As funções restantes eram inicialmente desempenhadas por elementos químicos do próprio ambiente.
De acordo com a reconstrução proposta, o desenvolvimento do metabolismo ocorreu em etapas. Inicialmente, as reações dependiam inteiramente de catalisadores naturais, como metais. Em seguida, os organismos em estágios iniciais começaram a produzir suas próprias enzimas, substituindo gradualmente os elementos externos.
Com o avanço, essas estruturas celulares adquiriram maior independência química, atingindo o estágio de células livres capazes de sustentar seu metabolismo sem depender diretamente do ambiente para realizar as reações principais.
A principal conclusão do estudo reside na comparação entre bactérias e arqueias. Segundo os pesquisadores, as enzimas responsáveis por certas funções metabólicas vitais não foram preservadas de uma mesma fonte evolutiva em ambos os grupos. Isso indica que, após a separação inicial das linhagens, cada grupo encontrou seus próprios mecanismos para executar processos semelhantes, ou seja, a capacidade de sustentar uma célula independente surgiu duas vezes.
A hipótese não exclui a existência de um ancestral comum para todos os seres vivos, mas sugere que esse organismo viveu antes da completa independência metabólica das células. A divergência dos caminhos evolutivos poderia ter ocorrido ainda durante o período de transição entre a química pré-biótica e a vida celular.
O estudo também examina a origem dos mecanismos utilizados pelos organismos para obter energia. Uma das moléculas mais importantes nesse processo é o ATP, que serve como fonte universal de energia para as células modernas. Os cientistas sugerem que o precursor do ATP poderia existir em ambientes semelhantes a fontes hidrotermais. Eles observam que reações envolvendo fosfito, um composto de fósforo naturalmente encontrado nesses locais, poderiam ter contribuído para os processos de fosforilação antes do surgimento dos sistemas biológicos modernos.
Apesar dos avanços, os cientistas enfatizam as questões persistentes sobre o ambiente exato onde essas fases iniciais ocorreram. Permanecem abertas questões relativas ao papel da água ou de outros meios químicos mais viscosos na formação das primeiras sistemas capazes de evolução.
Se novas pesquisas confirmarem estas conclusões, a visão tradicional da árvore da vida pode precisar de ajustes. Em vez de uma única raiz que leva a todos os organismos conhecidos, a origem da vida celular pode ter incluído dois caminhos distintos que só se encontraram em uma história evolutiva posterior.