Os cientistas podem ter descoberto um elo perdido entre células simples e complexas, que compõem todos os animais, plantas e fungos.
Os cientistas consideram organismos unicelulares chamados Archaea entre bactérias primitivas, que não possuem núcleo, e células mais complexas, ou eucariotos, na linha do tempo evolutiva. Como seus primos bacterianos, Archaea carece de um núcleo, mas os micróbios contêm DNA e enzimas replicadoras de DNA que se assemelham às dos eucariotos.
Alguns cientistas teorizam que os eucariotos evoluíram cerca de 2 bilhões de anos atrás a partir desses organismos intermediários, quando uma archaea antiga pegou um microrganismo que passava, o sugou para sua barriga celular e o transformou em um núcleo improvisado. Outros sugerem que uma arquéia ancestral emitia "bolhas" errantes, construídas a partir de sua própria parede celular, que se prendiam e depois integravam organismos unicelulares úteis que funcionavam como organelas modernas, ou estruturas semelhantes a órgãos dentro de células que desempenham funções especializadas. funções.
Os detalhes que cercam esse grande evento evolutivo permanecem obscuros, em parte porque os cientistas encontraram poucas evidências do período de transição entre células simples e complexas. Mas agora, os pesquisadores identificaram uma ponte em potencial entre procariontes e eucariotos: uma semelhança impressionante codificada em suas proteínas.
Nos eucariotos, certas proteínas transportam sequências curtas, conhecidas como sinais de localização nuclear ou NLSs, para entrar no núcleo. As proteínas transportadoras se ligam aos NLSs e escoltam outra molécula através dos poros da membrana nuclear. Em essência, os NLSs agem como um crachá de segurança celular.
Embora Archaea carece de núcleos, algumas de suas proteínas carregam emblemas do tipo NLS de qualquer maneira, de acordo com o estudo publicado em 10 de setembro na revista Molecular Biology and Evolution. Os autores sugerem que os NLSs são anteriores à origem do núcleo e podem ter servido como um trampolim evolutivo que permitiu que as arquéias evoluíssem gradualmente para uma vida complexa.
"A natureza tende a inventar do que já tem", disse o biólogo evolucionário Sergey Melnikov, pesquisador de pós-doutorado da Universidade de Yale e co-autor do estudo.
Esses crachás NLS fornecem evidências de uma forma intermediária entre células simples e complexas - uma descoberta equivalente à descoberta de um dinossauro parecido com um pássaro ou a um peixe rastejante como paleontologista, disse Melnikov à LIve Science. "Isso é bastante singular para afirmar que eles existem na Archaea. Ninguém pensou que devessem procurar NLSs na Archaea", disse o biólogo computacional Aravind Iyer, que estuda a evolução de proteínas e genoma no Centro Nacional de Informações de Biotecnologia, mas não esteve envolvido no presente estudo.
Mas nem todos estão convencidos: dois especialistas disseram à Live Science que os NLSs podem não ser a arma evolutiva do fumo que mostra como as células simples evoluíram para as mais complexas.
Escavando fósseis celulares
Em vez de vasculhar restos esqueléticos, Melnikov vasculhou as proteínas ribossômicas das células para reunir sua história evolutiva. (Os ribossomos são fábricas celulares que ajudam a montar proteínas.)
"Há apenas um punhado de genes onipresentes", o que significa que eles estão presentes em todas as formas de vida, disse Melnikov. Cerca de metade desses genes conservados codifica proteínas ribossômicas, explicou ele, um fato que sugere que as proteínas têm um longo legado evolutivo, possivelmente remontando ao início da própria vida. Nos eucariotos, as proteínas ribossômicas entram no núcleo a ser modificado antes de se estabelecer no citoplasma; eles desfrutam de fácil acesso ao núcleo graças aos seus NLSs.
Ao comparar a estrutura das proteínas ribossômicas amostradas nos três domínios da vida - Archaea, Bacteria e Eukarya - Melnikov, procurou identificar essas seqüências de assinatura. Os grupos de Archaea que ele investigou estão entre os que podem ser encontrados na natureza hoje.
Eis que Melnikov e seus colegas desenterraram quatro proteínas archaeais equipadas com insígnias de segurança semelhantes às de seus homólogos eucarióticos. Seqüências do tipo NLS apareceram em vários grupos de Archaea, então os pesquisadores deduziram que o recurso havia aparecido no início da história evolutiva arqueana. (Na Archaea, no entanto, o NLS provavelmente ajuda principalmente os organismos a identificar com mais facilidade os ácidos nucléicos, os blocos de construção do DNA e do RNA. Embora os NLS eucarióticos também cumpram essa função, eles são mais conhecidos por ajudar proteínas no núcleo.)
A equipe passou a testar se os NLSs eram funcionalmente intercambiáveis entre os reinos da vida, trocando um distintivo eucariótico por outro arcaico. Sob um microscópio óptico, os NLSs archaeais pareciam funcionar como os NLSs eucarióticos e concederam às proteínas associadas acesso VIP ao núcleo. Apesar de compartilhar as mesmas funções, os NLSs nos eucariotos e na Archaea podem não estar relacionados evolutivamente, dizem os especialistas.
Iyer, por exemplo, permanece dúbio da descoberta. Os NLSs são compostos de apenas cinco a seis blocos de construção de proteínas, chamados aminoácidos. Devido ao seu comprimento curto e estrutura química específica, é provável que os NLSs apareçam estatisticamente nas proteínas por mero acaso, disse Iyer à Live Science.
Em outras palavras, as seqüências archaeal e eucariótica podem ter surgido independentemente e, portanto, não seriam relacionadas evolutivamente. Iyer disse que ficaria mais convencido se novas pesquisas descobrirem NLSs archaeais em proteínas adicionais, semelhantes às que entram no núcleo dos eucariotos.
"No final, isso mostra que essas seqüências provavelmente precederam núcleos", disse Buzz Baum, biólogo celular e evolucionário do Laboratório MRC de Biologia Celular Molecular na Inglaterra, ao Live Science em um e-mail. As arquéias que compartilham muitas semelhanças genéticas com os eucariotos modernos ainda carecem de núcleos e organelas, explicou, então é difícil ver como esses NLSs levaram ao desenvolvimento de núcleos.
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Publicado originalmente em Ciência ao vivo.
