Uma descoberta mudou nossa compreensão sobre as primeiras formas de vida da Terra

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Traduzido por Julio Batista
Original de Mike McRae para o ScienceAlert

No cerne de quase todas as plantas, algas e alguns micróbios da Terra está um motor molecular para coletar a luz solar. Suas únicas emissões são o oxigênio – um gás pelo qual todos podemos ser extremamente gratos.

Se não fosse pela evolução dessa forma amplamente comum de fotossíntese (também conhecida como oxigenada), a vida complexa como a conhecemos quase certamente nunca teria surgido, pelo menos não na forma que surgiu.

Mas saber exatamente a quem agradecer por um presente tão precioso está longe de ser fácil. A maioria dos esforços para localizar as origens de um fotossistema de divisão de oxigênio sugere um período de cerca de 2,4 bilhões de anos atrás, uma época que coincidiu com uma inundação de oxigênio derramado em nossos oceanos e na atmosfera.

É provável que tenham existido formas mais primitivas de fotossíntese, embora a capacidade de extrair oxigênio da água tivesse realmente dado uma vantagem aos organismos fototrópicos, o que implica que essa versão produtora de oxigênio foi uma adaptação tardia.

O biólogo molecular do Imperial College London, Tanai Cardona, argumenta que podemos ter entendido tudo errado, sugerindo que a fotossíntese oxigenada poderia ter existido quando a vida estava apenas começando, cerca de 3,5 bilhões de anos atrás.

“Tínhamos mostrado anteriormente que o sistema biológico para realizar a produção de oxigênio, conhecido como fotossistema II, era extremamente antigo, mas até agora não tínhamos sido capazes de colocá-lo na linha do tempo da história da vida”, disse Cardona.

Vários anos atrás, Cardona e seus colegas compararam genes em duas bactérias distantemente relacionadas; uma que era capaz de fotossintetizar sem produzir oxigênio, chamada Heliobacterium modesticaldum, e um micróbio fototrópico chamado cianobactéria.

Eles ficaram surpresos ao descobrir que, apesar de compartilhar pela última vez um ancestral comum bilhões de anos atrás, e do fato de cada bactéria coletar a luz do sol de maneiras diferentes, uma enzima crítica para seus respectivos processos era estranhamente semelhante.

A capacidade do H. modesticaldum de dividir a água sugere fortemente que micróbios podem ter sido capazes de gerar oxigênio a partir da fotossíntese muito mais cedo do que sugeriam os modelos contemporâneos.

Este último estudo leva sua pesquisa um passo adiante, estimando a taxa na qual as proteínas essenciais para o fotossistema II evoluíram ao longo dos anos, permitindo que a equipe calcule um momento na história em que uma versão funcional do sistema poderia ter surgido.

“Usamos uma técnica chamada Reconstrução de Sequência Ancestral para prever as sequências de proteínas desde as proteínas fotossintéticas ancestrais”, disse o autor principal do estudo, Thomas Oliver.

“Essas sequências nos fornecem informações sobre como o fotossistema II ancestral teria funcionado e fomos capazes de mostrar que muitos dos principais componentes necessários para a evolução oxigenada no fotossistema II podem ser rastreados até os primeiros estágios da evolução da enzima.”

Como um ponto de comparação, a equipe aplicou a mesma técnica a enzimas conhecidas por serem cruciais para a vida desde o início, como ATP sintase e RNA-polimerase.

Eles encontraram fortes evidências de que o fotossistema II existe há tanto tempo quanto essas enzimas “básicas”, colocando-as entre as primeiras formas de vida microbiana, há cerca de 3,5 bilhões de anos.

“Agora, sabemos que o fotossistema II mostra padrões de evolução que geralmente são atribuídos apenas às enzimas mais antigas conhecidas, que foram cruciais para a evolução da própria vida”, disse Cardona.

O quão bem essas enzimas teriam funcionado é uma tarefa para pesquisas futuras. Sem sinais de aumento dos níveis de oxigênio no passado, é improvável que tenha sido um processo eficiente ou que necessariamente trouxesse uma grande vantagem.

Saber que os blocos de construção já existiam, no entanto, pode afetar a maneira como determinamos as prioridades na busca por vida em outros planetas, sugerindo que o oxigênio em um planeta com apenas um bilhão de anos pode constituir sinais de vida.

A descoberta também fornece aos pesquisadores um ponto de partida para projetar formas sintéticas de fotossíntese.

“Agora que temos uma boa noção de como as proteínas da fotossíntese evoluem, adaptando-se a um mundo em mudança, podemos usar a ‘evolução direcionada’ para aprender como alterá-las para produzir novos tipos de química”, disse Cardona.

“Poderíamos desenvolver fotossistemas capazes de realizar novas reações químicas ecológicas e sustentáveis ​​complexas, totalmente alimentadas por luz.”

Esta pesquisa foi publicada na BBA-Bioenergetics.