OS TRÊS DOMÍNIOS DA VIDA


Procariontes são células primitivas, sem um núcleo ou membrana ligando organelas, tem o DNA localizado em uma “área nuclear”, mas o DNA não está retido dentro do núcleo como nos eucariontes. Procariontes têm ribossomos, apesar dos ribossomos serem um pouco mais primitivos que os das células eucariontes.  Crédito: OUC.

Procariontes são células primitivas, sem um núcleo ou membrana ligando organelas, tem o DNA localizado em uma “área nuclear”, mas o DNA não está retido dentro do núcleo como nos eucariontes. Procariontes têm ribossomos, apesar dos ribossomos serem um pouco mais primitivos que os das células eucariontes. Crédito: OUC.

Quando os cientistas começaram a classificar a vida, tudo foi designado como animal ou planta. Mas enquanto novas formas de vida eram descobertas e nosso conhecimento da vida na Terra cresceu, novas categorias, chamadas Reinos foram adicionadas. Eventualmente se tornaram cinco Reinos ao todo: Animais, Plantas, Fungos, Protistas e Bactérias.

Os cinco Reinos eram geralmente agrupados em duas categorias chamadas Eucarionte (ou Eucariota) e Procarionte (ou Procariota). Os Eucariontes representam quatro dos cinco Reinos (animais, plantas, fungos e protistas). Eucariontes são organismos cujas células possuem um núcleo – um tipo de saco que abriga o DNA da célula. Animais, plantas, protistas e fungos são todos eucariontes porque eles possuem uma membrana nuclear para abrigar o DNA dentro de suas células.

As células dos procariontes, por outro lado, não possuem esta membrana nuclear. Ao invés disto, o DNA é parte de uma estrutura ácida núcleo-proteica chamada nucleoide. Todas as bactérias são procariontes.

No entanto, uma nova visão sobre a biologia molecular alterou esta visão da vida. Um tipo de organismo procariótico que foi por muito tempo categorizado como bactéria, se descobriu possuir um DNA que é bem diferente do DNA bacteriano. Esta diferença levou o microbiólogo Carl Woese da University of Illinois (Universidade de Illinois) a propor uma reorganização da Árvore da Vida em três Domínios separados: Eukarya, Eubactéria (bactérias verdadeiras) e Archaea.

As Archaea se parecem com bactérias – é por isto que eram inicialmente classificadas como bactérias – aqueles organismos unicelulares possuem o mesmo tipo de formato de bastão, espiral e tipo mármore das bactérias. Archaea e bactérias também compartilham certos genes, então elas funcionam de forma similar em muitos aspectos. Mas archaea também compartilham genes com eucariontes, assim como possuem muitos genes que são completamente únicos.

As Archaea são assim chamadas porque acredita-se que elas sejam as formas de vida menos evoluídas da Terra (archaea significa antiga). A habilidade de algumas archaea de viver em condições ambientais similares às da antiga Terra fornece uma indicação da herança arcaica do domínio.

A Terra antiga era quente, com vários vulcões extremamente ativos e uma atmosfera composta majoritariamente por nitrogênio, metano, amônia, dióxido de carbono e água. Havia pouco, se é que havia, oxigênio na atmosfera. As archaea e algumas bactérias evoluíram nestas condições e hoje são capazes de viver em condições adversas similares. Muitos cientistas agora suspeitam que aqueles dois grupos divergiram de um ancestral em comum praticamente logo após a vida surgir.

Milhões de anos após o desenvolvimento das archaea e bactérias, os ancestrais dos eucariontes de hoje se separaram das archaea. Então, apesar das archaea se parecerem fisicamente com as bactérias, elas são na verdade mais estreitamente relacionadas conosco!

Em um eucarionte, o DNA está localizado no núcleo da célula. Uma molécula de DNA é composta por duas cadeias helicoidais espiraladas, cada uma composta por uma cadeia linear de açúcar e moléculas de fosfato. Crédito: MIT.

Em um eucarionte, o DNA está localizado no núcleo da célula. Uma molécula de DNA é composta por duas cadeias helicoidais espiraladas, cada uma composta por uma cadeia linear de açúcar e moléculas de fosfato. Crédito: MIT.

Se não fosse pela evidência de DNA, isto seria difícil de se acreditar. As archaea que vivem em ambientes extremos podem lidar com condições que iriam rapidamente matar organismos eucariontes. As termófilas, por exemplo, vivem em altas temperaturas cujo recorde atual é de 113oC (235oF). Em contraste, nenhum eucarionte conhecido pode sobreviver acima dos 60oC (140oF). Depois, há também psicrófilas, que gostam de temperaturas frias, incluindo uma na Antártica que cresce melhor a 4oC (39oF). Como um grupo, estas archaeade vida dura são chamadas “extremófilas”.

Há outros tipos de archaea extremófilas, como as acidófilas, que vivem em níveis de pH tão baixos quanto pH 1 (este é aproximadamente o mesmo pH de baterias ácidas). Alcalinófilas vivem em níveis de pH tão altos quanto de um limpa-forno. Halófilas, por sua vez, vivem em ambientes bem salinos. Mas há também eucariontes alcalifílicos, acidofílicos e halofílicos. Além disso, nem todas archaea são extremófilas. Muitas vivem em temperaturas e condições mais ordinárias.

Muitos cientistas acreditam que archaeas termófilas, os micróbios amantes do calor, que vivem ao redor de profundas fumarolas vulcânicas marinhas profundas podem representar a forma de vida mais antiga da Terra. Mas o membro do NAI Mitchell Sogin, um microbiólogo junto ao Marine Biological Laboratory (Laboratório de Biologia Marinha), diz que ao invés de ser a primeira forma de vida da Terra, elas podem ser as únicas sobreviventes d uma catástrofe que ocorreu cedo na história da Terra. Esta catástrofe poderia ter matado todas as outras formas de vida, incluindo o ancestral universal do qual ambas as archaea e bactéria evoluíram.

“Alguns têm argumentado que a ocorrência de fenótipos termofílicos nas linhagens mais profundas das archaea e bactérias sugere que a vida teve uma origem quente”, diz Sogin. “No entanto, há outros argumentos igualmente convincentes que sugerem que esta distribuição de fenótipos na árvore da vida reflete a sobrevivência de organismos amantes do calor durante épocas de grande reviravolta ambiental.”

Tais reviravoltas ambientais incluem bombardeamentos por asteroides e cometas, que sabemos terem ocorrido frequentemente durante os anos recentes da Terra. Apesar do nosso planeta geologicamente ativo ter erodido a maior parte da evidência destes eventos cataclísmicos, a Lua testemunha a quantidade da atividade de asteroides e cometas que ocorreu em nossa vizinhança. Po conta da Lua ser geologicamente inativa, sua superfície permanece cheia de cicatrizes destes primeiros impactos.

Grandes impactos podem criar severas alterações ambientais globais que acabam com a vida na superfície do planeta. Acredita-se, por exemplo, que os dinossauros caíram vitimados pelos efeitos ambientais de um grande impacto de asteroide. Entre outros efeitos, impactos lançam muita poeira e químicos vaporizados na atmosfera. Isto bloqueia a luz solar, prejudicando a fotossíntese e alterando as temperaturas globais.

Mas termofílicas arqueanas não são dependentes do Sol para sua energia. Eles coletam sua energia de químicos encontrados e fumarolas por um processo chamado quimiossíntese. Estes organismos não são fortemente impactados pelas mudanças nas condições ambientais da superfície. Talvez os únicos organismos que eram capazes de sobreviver aos grandes e frequentes impactos dos primeiros anos da Terra eram os termofílicos, organismos que viviam ao redor de fumarolas vulcânicas de mar profundo.

Muitos geólogos e paleontólogos acreditam que um grande asteroide ou cometa causou uma catástrofe global que levou à perda extensiva de vida a aproximadamente 65 milhões de anos atrás. Crédito: NASA.

Muitos geólogos e paleontólogos acreditam que um grande asteroide ou cometa causou uma catástrofe global que levou à perda extensiva de vida a aproximadamente 65 milhões de anos atrás. Crédito: NASA.

“Certamente a descoberta das archaea apontou para a diversidade microbiana – particularmente em ambientes extremos – e isto não era previamente reconhecido”, diz Sogin. “Quanto ao que estes dados têm a dizer sobre a origem da vida, sou da opinião de que ainda não sabemos onde fica a raiz da árvore dos três reinos.”

Woese está atualmente trabalhando para desenterrar esta raiz. Mas ele diz que a busca pelo ancestral universal é um problema muito mais sutil e complexo do que a maioria das pessoas imagina.

“O problema não é meramente um caso de se identificar algumas células originais ou a linha de células que deu origem a tudo isso”, diz Woese. “O ancestral universal pode não ser apenas uma linhagem afinal.”

Ao contrário, diz Woese, a transferência lateral de genes, um processo onde os genes são compartilhados entre organismos, pode ter sido tão prevalecente a ponto da vida não ter evoluído de uma linhagem individual.

“No estágio do ancestral universal, a transferência horizontal de genes pode ter sido tão dominante que o ancestral pode de fato ter sido uma comunidade de linhagens celulares que evoluíram como um todo. Seremos capazes de traçar toda a vida de volta a um ancestral, mas este estado não será uma linhagem celular em particular.”

A transferência de genes bacterianos parece ter sido uma parte vital da evolução de arqueanos e eucariontes. De fato, se acredita que tal transferência foi responsável pelo desenvolvimento da primeira célula eucarionte. Enquanto o oxigênio se acumulava na atmosfera através da fotossíntese de algas azuis e verdes, a vida na Terra precisou se adaptar rapidamente. Quando uma célula consumiu bactérias aeróbicas (que utilizam oxigênio), ela foi capaz de sobreviver no novo mundo oxigenado. Hoje, as bactérias aeróbicas evoluíram para se tornar mitocôndrias, que ajudam a célula a transforma comida em energia.

As archaea e eukarya dos dias modernos parecem depender de alguma intervenção bacteriana em seus metabolismos. Isto aponta para a possibilidade de que genes bacterianos possam ter substituído outros genes nas duas linhagens com o tempo, apagando algumas características do último ancestral em comum. Mas Woese diz que há certas similaridades moleculares entre todos os três domínios que ainda podem apontar para um ancestral em comum.

“Embora existam diferenças nos sistemas de informação e processamento, há muitas características universais na tradução e semelhanças fundamentais na transcrição que unem os três domínios”, afirma Woese. “Mas esta é uma área muito complexa e difícil de se entender. Essas interações iniciais ocorreram quase certamente entre entidades que não existem mais. Elas eram entidades primitivas que estavam a caminho de se tornar um dos três tipos celulares modernos, mas definitivamente não eram células modernas. Suas interações eram peculiares para aquela era em particular da evolução, antes que os tipos modernos de células surgissem.”

Eucariontes provavelmente emergiram de um ancestral procarionte aproximadamente de 1,6 a 2,1 bilhão de anos atrás. A diversificação evolutiva dos eucariontes envolveu a invenção das organelas e sua modificação. Crédito: UCLA.

Eucariontes provavelmente emergiram de um ancestral procarionte aproximadamente de 1,6 a 2,1 bilhão de anos atrás. A diversificação evolutiva dos eucariontes envolveu a invenção das organelas e sua modificação. Crédito: UCLA.

Talvez o ancestral universal não seja encontrado na Terra. Por conta da vida na Terra parecer ter surgido pouco depois do planeta ter se tornado habitável, muitos cientistas acreditam que a vida veio do espaço exterior, através dos asteroides e cometas que bombardearam a Terra em seus primeiros anos.

Além disso, porque algumas das rochas marcianas que caíram em nosso planeta parecem conter micróbios fossilizados, alguns cientistas têm especulado que a vida na Terra pode ter vindo originalmente de meteoritos marcianos. No entanto, Woese acredita que se encontrarmos evidência de vida em Marte, ou ela será não relacionada com a vida terrestre, ou o resultado da contaminação de Marte por rochas da Terra.

Sogin também não acredita que os primeiros micróbios foram trazidos para a Terra por um asteroide ou cometa marciano. No entanto, ele acredita que a vida microbiana pode ser uma característica comum da galáxia.

“A vida em ambientes extremos como representado principalmente pelas archaea nos força a considerar a possibilidade de organismos vivos em corpos de outros sistemas estelares sob condições que nós não teríamos considerado possíveis há apenas dez ou quinze anos atrás”, diz Sogin. “Por exemplo, podemos imaginar vida sob o gelo em Europa e até a possibilidade de vida subsuperficial em Marte. Certamente a vida microbiana é muito mais robusta e pode sobreviver e mesmo prosperar sob condições que são prováveis de se encontrar em algum outro lugar no Sistema Solar e certamente na galáxia.”

Woese, por outro lado, ainda não se decidiu sobre a ocorrência de vida em algum outro lugar.

“A vida no Universo é rara ou única? Eu ando em ambos os lados desta estrada”, afirma Woese. “Um dia eu posso dizer que dadas as 100 bilhões de estrelas em nossa galáxia e as 100 bilhões ou mais de galáxias, devem haver alguns planetas que se formaram e evoluíram de formas muito, muito similares ‘as da Terra e então devem conter pelo menos vida microbiana. Há outros dias em que digo que o princípio antrópico, que faz deste universo algo especial dentre um incontavelmente grande número de universos, pode não se aplicar apenas para aquele aspecto da natureza que definimos no domínio da física, mas pode se estender para a química e a biologia. Neste caso a vida na Terra poderia ser inteiramente única.”

Seja a vida como a da Terra comum ou única, Sogin diz que levará um longo tempo até podermos responder esta pergunta com alguma certeza.

“Eu acredito que a vida ocorre em outro lugar no Universo”, afirma Sogin. “No entanto, não estou certo de que sejamos capazes algum dia de obter evidência conclusiva de vida em outro lugar dada no tecnologia atual, ou mesmo a tecnologia do amanhã.”

O que vem depois?

O desenvolvimento do conceito dos Três Domínios, na opinião de Woese, alterou dramaticamente a forma que os cientistas vêm a vida na Terra. Ele diz que o conceito destacou as características compartilhadas – bem como as diferenças – entre os três grupos.

Encontrado pela equipe da Antártica em 1984, o ALH 8400 é o meteorito que causou toda a excitação sobre a vida possivelmente existir em Marte. Crédito: Johnson Space Center.

Encontrado pela equipe da Antártica em 1984, o ALH 8400 é o meteorito que causou toda a excitação sobre a vida possivelmente existir em Marte. Crédito: Johnson Space Center.

“A maioria dos biólogos continua falando de procariontes versus eucariontes, mas agora discutimos suas similaridades”, diz Woese. “Em tempos antigos, eles se concentravam principalmente, se não apenas, em suas diferenças. Costumo fazer uma analogia do clima conceitual antes e depois da descoberta das archaea a mudar da visão monocular para a binocular.”

Ao descobrir o que ele puder sobre as similaridades entre os três domínios, Woese afirma que ele está “estudando os dois problemas biológicos fundamentais inter-relacionados da natureza do ancestral universal e a dinâmica evolucionária da transferência horizontal de genes.”

Sogin, ao mesmo tempo, está explorando a evolução da complexidade biológica em ecossistemas microbianos.

“A vida é muito antiga, aparecendo na Terra há pelo menos 3,5 bilhões de anos atrás, ou possivelmente entre 3,9 a 4 bilhões de anos atrás”, diz Sogin. “Ela era microbiana e continuou deste modo pelos primeiros 70 a 90 por cento da história da Terra. A multicelularidade complexa na forma de tecidos diferenciados é um evento relativamente recente. Ao longo do tempo, os micróbios governaram e regeram e continuarão a reger todos os processos biológicos neste planeta.”

Author: Leslie Mullen

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