A vida complexa pode ser mil milhões de anos mais antiga do que pensávamos.

A origem da vida celular complexa com núcleo - de amebas a humanos - poderá recuar muito mais na história da Terra do que se pensava.

Um novo estudo que reconstrói os primeiros passos rumo à complexidade biológica indica que a transição a partir de ancestrais mais simples terá começado há quase 3 mil milhões de anos - muito antes de o planeta apresentar níveis de oxigénio capazes de sustentar uma biosfera eucariótica florescente.

Isto coloca o aparecimento de células complexas quase mil milhões de anos mais cedo do que algumas estimativas anteriores, sugerindo uma acumulação evolutiva longa e gradual, em vez de um salto rápido de complexidade.

Procariontes e eucariontes: a distinção mais fundamental

Há várias formas de classificar a vida na Terra, mas uma das separações mais basilares pode ser entre procariontes e eucariontes.

Os procariontes - onde se incluem bactérias e arqueias - terão sido as primeiras formas de vida a surgir no planeta, há cerca de 4 mil milhões de anos. São organismos relativamente simples, formados, essencialmente, por uma membrana celular, algumas proteínas resistentes e ADN livre no interior da célula.

Os eucariontes, pelo contrário, surgiram mais tarde e apresentam uma arquitectura muito mais complexa, com núcleo, organelos, membranas internas delicadas e genomas maiores e mais estruturados.

Mitocôndrias e relógio molecular: quando surgiu a complexidade eucariótica?

Há muito tempo que permanece em aberto a questão de quão mais tarde os eucariontes apareceram e qual foi a sequência em que os seus componentes se foram desenvolvendo. Uma das maiores incógnitas é a posição das mitocôndrias na linha temporal - as chamadas “centrais energéticas” da célula, que ajudam a transformar a energia da glicose numa molécula chamada trifosfato de adenosina (ATP), usada para alimentar processos celulares.

Os cientistas consideram que as mitocôndrias terão começado como uma bactéria de vida livre que passou a habitar no interior de outra célula e, com o tempo, acabou por se fundir com ela. O momento dessa fusão é crucial: interessa saber se as mitocôndrias surgiram primeiro e desencadearam o restante caminho rumo à complexidade, ou se a complexidade começou antes e as mitocôndrias foram incorporadas mais tarde.

Para esclarecer este ponto, uma equipa liderada pelo paleobiólogo Christopher Kay, da Universidade de Bristol, no Reino Unido, realizou uma análise de relógio molecular com base em genes provenientes de uma vasta diversidade de organismos.

“"A abordagem foi dupla: ao recolher dados de sequência de centenas de espécies e ao combinar isso com evidência fóssil conhecida, conseguimos criar uma árvore da vida resolvida no tempo",” afirma o biólogo evolutivo computacional Tom Williams, da Universidade de Bath, também no Reino Unido.

“"Depois, pudemos aplicar esta estrutura para resolver melhor o momento de acontecimentos históricos dentro de famílias génicas individuais."”

Um relógio molecular é uma técnica que permite estimar quando é que organismos divergiram e quando determinados traços surgiram pela primeira vez. Em termos gerais, todos os seres vivos partilham alguns elementos essenciais: um código genético universal, um conjunto quase universal de aminoácidos e uma dependência universal de ATP como fonte de energia.

Ao estimar a rapidez com que as mutações se acumulam numa determinada sequência de ADN, os investigadores podem comparar essa mesma sequência em várias espécies e recuar no tempo para inferir quando foi a última vez que essas espécies partilharam um ancestral comum. O mesmo tipo de abordagem também pode ser usado para datar o aparecimento de características ou funções génicas específicas.

O modelo CALM e as primeiras assinaturas genéticas (actina, tubulina e citoesqueleto)

Ao centrar-se nas diferenças entre eucariontes e procariontes, a equipa recorreu a genes de centenas de organismos para reconstruir uma cronologia da ordem pela qual os traços eucarióticos terão emergido. Ao modelo proposto deram o nome de CALM, sigla de Arqueão Complexo, Mitocôndria Tardia.

De forma surpreendente, algumas das primeiras assinaturas genéticas terão surgido há cerca de 2,9 a 3 mil milhões de anos, com os primeiros sinais detectáveis de evolução em direcção a proteínas como a actina e a tubulina, a um citoesqueleto simples e a características iniciais de um protonúcleo.

Depois, terão ocorrido alterações que abririam caminho ao desenvolvimento de membranas citoplasmáticas, de organelos como o aparelho de Golgi e à diversificação de sistemas de expressão génica, incluindo as polimerases de ARN.

As mitocôndrias, por seu lado, terão chegado relativamente tarde - com um aparecimento estimado em torno de 2,2 mil milhões de anos atrás.

Ainda assim, essa data coincide com o período em que o oxigénio na Terra aumentou rapidamente, o que sugere que, embora a vida eucariótica já estivesse bem encaminhada antes do Evento da Grande Oxidação, terá precisado de um impulso adicional associado a mudanças ambientais para alcançar o estado observado actualmente.

“"O que distingue este estudo é o detalhe com que analisa o que estas famílias génicas fazem - e que proteínas interagem com quais - tudo em tempo absoluto",” diz Kay.

“"Foi necessária a combinação de várias disciplinas: a paleontologia para informar a cronologia, a filogenética para criar árvores fiéis e úteis, e a biologia molecular para enquadrar estas famílias génicas."”

A investigação foi publicada na Nature.