Na paleontologia, quanto mais fósseis pudermos encontrar e estudar, mais galhos e ramos poderemos adicionar à arvore da vida. Essa maravilhosa teia de relacionamentos que conecta todos os organismos, vivos e extintos. Mas os fósseis só podem nos levar até certo ponto.
Quando traçamos todos os galhos da arvore da vida, podemos perceber que todos vêm do mesmo tronco, esse ponto inicial, antes de qualquer ramificação é uma única espécie, a primeira espécie. O próprio Darwin teorizou que tal coisa já existiu, ele a chamou de “forma primordial na qual a vida foi soprada pela primeira vez”. Hoje os cientistas o chamam de ultimo ancestral comum universal, ou LUCA.
LUCA não é uma única vida individual, embora represente a primeira espécie, se trata de uma população ou uma comunidade de organismos que são o ancestral de todas as formas de vida biológica que conhecemos. Nossa jornada começa aqui, mas como LUCA se tornou alguma coisa? Para isso, nos recorremos a disciplinas como Bioquímica e Biologia Molecular.
Nessa aula vou lhes mostrar um cenário plausível sobre a Teoria do Mundo de RNA e discutirei a natureza de LUCA e como ele se tornou alguma coisa em um planeta onde não havia vida. Embora Darwin tenha sugerido que havia um ancestral comum universal, não podíamos nem imaginar o que poderia ter sido – até começarmos a dominar a genômica, campo cientifico crucial que mapeia e estuda a genética de todos os seres vivos. Nós não temos registros diretos de LUCA, mas os cientistas têm buscado identificar características compartilhadas entre os organismos atuais para tentar inferir como ele poderia ser, e essas características podem ser encontradas em genes e estruturas moleculares comuns a diferentes grupos de organismos.
Vamos pensar de uma forma mais clara, pense numa família ancestral muito antiga, na qual não existia fotografia, não tinha escrita, ou seja, não há registros dessa família. Mas sabemos que essa família tem uma geração atual viva, então para um genealogista traçar a linhagem dessa família que viveu há muitas gerações atrás eles vão usar características físicas semelhantes encontradas em membros atuais da família que está viva, eles vão usar apenas evidencias limitadas, como pistas arqueológicas dispersas ou historias transmitidas oralmente, mas acima de tudo característica física, como cor do cabelo, da pele, prognação facial e tipo sanguíneo, afins. O que eu quero dizer é que com LUCA os cientistas estão comparando sequencias genéticas e outras evidencias moleculares de seres vivos atuais para tentar entender as características dele, assim como o genealogista usa informações limitadas para traçar a linhagem daquela família ancestral distante É dessa forma então que a genética procura evidencias sobre LUCA.
Quando você olha pra arvore da vida moderna, a primeira coisa mais óbvia a notar é a incrível complexidade de tudo, existem tantas formas diferentes de vida, cada um deles muito diferentes um do outro em fisiologia, morfologia e estratégias de vida, mas toda essa complexidade e toda essa variedade vem de uma única fonte. LUCA, sabemos disso, porque comparando a bioquímica de todos os organismos conhecidos, podemos ver que no nível bioquímico mais básico, toda vida terrestre moderna é construída sobre os mesmos princípios. Mas que princípios são esses Cleiton?
Como unidades indivisíveis da vida, as células de todos os organismos consistem em quatro componentes macromoleculares fundamentais: ácidos nucléicos (incluindo DNA e RNA), proteínas, lipídios e glicanos. A partir da construção, modificação e interação desses componentes, a célula se desenvolve e funciona. E hoje sabemos que estes são componentes moleculares amplamente aceitos como fundamentais pra vida na Terra.
A maioria dos organismos utilizam o DNA como material genético, o RNA como intermediário para a sistêmica de proteínas e proteínas para funções celulares essenciais. O código genético responsável por produzir essas coisas é basicamente universal de bactérias a humanos, esse é um dos melhores argumentos para apoiar a noção de que tudo veio do mesmo lugar. É por isso que a maior parte da pesquisa para aprender o que era LUCA envolveu comparação dos genomas de todos os tipos de seres vivos para ver o que mais eles têm em comum.
E quando você olha como a evolução passou dos blocos de construção mais simples para as células modernas complexas você imagina que o progenitor carregou essas características, em um ponto a vida passou desses estagio de algo muito simples carregando esses mesmos componentes e esse foi LUCA, e as células, as primeiras comunidades de organismos devem ter sido bastante semelhantes ao plano básico do corpo de todas as células modernas. Para falar sobre o início da vida, precisamos ter o conhecimento básico de biologia molecular e bioquímica, e sabemos hoje que as condições químicas e físicas para o florescimento da vida na Terra estavam em ação muito antes do que se pensava, ou seja, antes de 4,4 bilhões de anos. Estágio 1 Nascimento da Proto vida celular: 08:23 Há pouco mais 4 bilhões de anos no Hadeano, as forças da maré eram muito mais pronunciadas do que são hoje, isso fez com que os lagos tivessem fluxos e refluxos significativos de agua, criando ciclos úmidos e secos.
E esses ciclos úmidos e secos foram um dos principais fatores cruciais na produção dos blocos de construção da vida. No ambiente pré-biótico, condições propícias permitiram a formação de moléculas orgânicas, como aminoácidos e nucleotídeos. Uma dessas moléculas orgânicas eram os Ácidos graxos presentes no ambiente pre biótico que se juntaram, encerrando as moléculas de proto vida.
E em seguida, um processo de reações químicas chamado polimerização progrediu sob os ciclos úmidos e secos. Esses ciclos envolvem a remoção de água de uma mistura de compostos químicos seguida pela adição de água, permitindo a formação de ligações químicas e a síntese de moléculas mais complexas. Isso fez com que os precursores das proteínas essenciais que podem atuar como catalisadores fossem produzidas.
Esse ambiente pré-biótico, aminoácidos foram produzidos por reações químicas em condições favoráveis, como descargas elétricas, fontes hidrotermais ou impactos de meteoritos. Essas curtas cadeias de aminoácidos se ligam em sequencias especificas por meio de reações de condensação para formar oligopeptídeos. Como nessa época não existia proteínas na forma como as conhecemos hoje, ao longo do tempo, esses oligopeptídeos tenham evoluído e se desenvolvido em proteínas mais complexas.
Por meio de mutações, seleção natural e outros mecanismos, as proteínas adquiriram funções especializadas e se tornaram componentes essenciais dos sistemas biológicos. Os nucleotídeos, que são os blocos de construção dos ácidos nucleicos, como o RNA e o DNA, foram sintetizados a partir de precursores químicos. A vida requer moléculas que possuam uma propriedade crucial: a capacidade de catalisar reações que levem de forma direta ou indiretamente, à produção de mais moléculas como elas.
Teoria MUNDO DE RNA: No início da origem da vida, um polímero informativo deve ter surgido por meios puramente químicos. Este polímero era o RNA que atuava tanto como material genético quanto como enzima desempenhando funções catalíticas essenciais, a Vida Requer Autocatálise. Mas antes, um mundo pré-RNA provavelmente antecedeu o mundo do RNA.
Vemos então o Proto RNA combinado com enzimas como materiais básicos que evoluíram para ter propriedades catalíticas, formando as chamadas ribozimas que tem a capacidade de se replicar. Esse foi um dos primeiros sistemas de replicação e síntese de proteínas que eram baseadas principalmente em moléculas de RNA autorreplicantes, conhecidas como ribozimas autorreplicantes. As Moléculas autorreplicantes passam por seleção natural e isso foi extraordinário porque lançou as bases para a vida reproduzir, e finalmente essas moléculas foram anexadas com membranas lipídicas, formando a vida proto celular primitiva, mas ainda não é LUCA.
Esse é só o nascimento da proto vida que aconteceu no decorrer do hadeano. O RNA era mais versátil e menos complexo em sua estrutura do que o DNA, ele era mais adequado para as condições pre bióticas da terra primitiva A vida ainda não podia habitar a terra durante 4 bilhões de anos, porque era um lugar com muita atividade vulcânica, bombardeio de meteoritos e a atmosfera era composta principalmente por gases tóxicos e não adequados para vida, então a proto vida estava restrita em alguns ambientes, a evolução aqui anda em uma perigosa corda bamba entre continuar e terminar, mas a forma resiliente foi capaz de se adaptar e sobreviver nesse ambiente pesado. Nesse segundo estágio a proto vida evoluiu para usar os raios de luz solar disponíveis na superfície da Terra, eles desenvolveram um metabolismo que convertia energia luminosa em energia eletroquímica e como a noite não havia raio de luz solar, moléculas orgânicas simples como açúcar poderia ter desempenhado um papel na armazenagem dessa energia química coletada durante as horas do dia.
A terra primitiva passou por mudanças significativas ao longo do tempo, incluindo a composição dos oceanos, eles estavam cheios de toxinas prejudiciais para a vida, então é muito provável, mesmo que de forma simples, a proto vida desenvolveu mecanismos de proteção e regulação de ions para impedir que os ions metálicos da agua do oceano entrem dentro de si. Células modernas possuem mecanismos de transporte e homeostase iônica que lhes permitem regular a entrada e saída de ions em suas estruturas, é provável que no início a proto vida celular tenha desenvolvido alguma forma para manter a integridade e o funcionamento correto. Isso permitiu que a proto vida começasse a se fundir em formas maiores e mais complexas.
Sabemos que a vida moderna usa apenas 20 tipos de aminoácidos proteinogenicos, embora o hadeano fosse um local ríspido para a vida, os aminoácidos eram abundantes alí, isso foi proposto com base em experimentos de laboratório que demonstraram a formação espontânea desses compostos em condições pre bióticas. As moléculas precursoras da vida aproveitaram esse ambiente rico em compostos orgânicos simples o que significa que os ancestrais como as proto células usassem os mesmos 20 tipos de aminoácidos. Ao longo do tempo evolutivo finalmente o RNA que era instável evoluiu para um dna mais durável por meio de radiação ionizante, isso possibilitou a transmissão confiável de informações entre gerações.
A Terra Primitiva foi desde os primórdios penetrada por radiação ionizante, de intensidade muito maior do que agora. Essa radiação ionizante e outras fontes de instabilidade química provavelmente levou à mutação e degradação do RNA. A evolução do DNA como uma forma mais estável de armazenamento de informações genéticas teria proporcionado uma vantagem seletiva, permitindo a transmissão mais confiável e precisa das informações genéticas entre as gerações.
A seleção natural estava favorecendo a estabilidade e a eficiência do dna como material genético. O DNA é mais resistente à degradação química e fornece um sistema mais robusto para a replicação e transmissão das informações genéticas. Essa transição do RNA para o DNA pode ter ocorrido gradualmente ao longo do tempo evolutivo, através de processos como a replicação imperfeita do RNA, recombinação genética e até seleção natural.
Assim, a estabilidade do DNA e a maior diversidade e eficiência das proteínas teriam proporcionado vantagens seletivas, levando à evolução dos sistemas de replicação e expressão gênica baseados em DNA e proteínas. E finalmente LUCA nasceu, A vida nasceu complexa e LUCA exibiu essa herança. No arqueano, LUCA tinha sistemas moleculares essenciais semelhantes aos que encontramos nos organismos modernos.
A presença de moléculas como DNA, RNA e proteínas seria fundamental para a transmissão da informação genética, o funcionamento celular e a hereditariedade, características importantes para a vida como a conhecemos. E essas primeiras células vivas provavelmente residiam em um “Jardim do Éden molecular” assim que eu gosto de chamar, é um lugar onde a origem pré-biológica dos alimentos garantia a disponibilidade de monômeros. As células, os primeiros organismos unicelulares, teriam aumentado rapidamente.
Os blocos de construção moleculares essenciais, como aminoácidos, nucleotídeos, monossacarídeos e ácidos graxos, como vimos anteriormente já existiam no planeta e foram incorporados e utilizados nos processos bioquímicos que eu apresentei e levaram ao desenvolvimento da vida. Essas moléculas orgânicas podem ter sido formadas por processos químicos abióticos na Terra primitiva, como reações em ambientes aquáticos, fontes termais ou atmosfera primitiva. Esses blocos de construção moleculares teriam sido fundamentais para a formação de moléculas mais complexas, como proteínas, ácidos nucleicos, carboidratos e lipídios, que são essenciais para a vida como a conhecemos.
Isso é obvio porque eles são comuns a toda vida hoje, o conjunto de aminoácidos, os mesmos nucleotídeos, algumas moléculas de cofator, então todos eles tinham que estar no ancestral de todos os domínios da vida. Por fim, esse foi o início da vida, assim que LUCA surgiu o domínio archaea foi o primeiro a se separar na caminhada evolutiva, sendo organismos procariontes, depois o domínio bactéria com organismos unicelulares também procariontes. Por fim os organismos eucariontes surgiram mais tarde há pouco mais de 2 bilhões de anos, foi quando houve a primeira grande transição na história da vida, de células procariontes para células eucariontes.
Essas informações passadas aqui são fundamentadas em pesquisas científicas sobre a origem e a evolução da vida, incluindo experimentos laboratoriais e análises de sequências genéticas e estruturais. Quero ressaltar que a cronologia dos eventos exatos que relatei dos primórdios da vida na terra ainda é objeto de pesquisa e debate cientifico continuo, mas todas as informações passadas nessa aula são apoiadas por pesquisas cientificas recentes e realizadas por especialistas renomeados na área, o estudo é amplamente aceito na comunidade cientifica e reconhecidos internacionalmente como referências no assunto. E as fontes que utilizei são valiosas ferramentas para você se aprofundar e enriquecer sua perspectiva acerca da teoria do mundo de RNA.
Se você deseja desenvolver um pensamento mais crítico consulte as fontes e examine essas referências que eu revisei por pares que estão aqui na descrição do vídeo. Forte abraço paleonerd, até a próxima aula.
