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Realizada na Universidade Heinrich Heine de Düsseldorf, na Alemanha, a investigação recém-publicada sugere que o passo crucial da matéria inerte para a vida livre não ocorreu de forma isolada no planeta, mas sim através de dois processos totalmente independentes. Este fenómeno explica, segundo os investigadores, a profunda divisão evolutiva que separa os dois grandes domínios primitivos: as bactérias e as arqueias (ou arqueas).
Durante décadas, a comunidade científica considerou que o conjunto global de seres vivos derivava de um antepassado comum que se diversificou após adquirir a capacidade metabólica. No entanto, ao analisar em pormenor as reacções primárias nas zonas mais profundas da Terra, um grupo de biólogos identificou padrões até então desconhecidos. As suas conclusões indicam que os mecanismos químicos fundamentais da existência surgiram duas vezes num ambiente primordial extremamente activo.
Os cientistas centraram a sua atenção em ambientes extremófilos, como as fontes hidrotermais submarinas, onde a abundância de minerais actuava como um motor catalítico inorgânico. Esses cenários primitivos permitiram que compostos simples, como o dióxido de carbono, o hidrogénio e o amoníaco, se transformassem em biomoléculas sem intervenção proteica. Desta forma, as protocélulas iniciais dependiam directamente do ambiente químico para sustentar os processos básicos, conseguindo realizar apenas metade das reacções metabólicas essenciais.
Dupla origem no metabolismo
À medida que a complexidade química aumentava no seio destes sistemas primários, as linhagens em desenvolvimento começaram a criar as suas próprias ferramentas orgânicas. A transição decisiva para uma verdadeira autonomia celular ocorreu apenas quando cada grupo sintetizou enzimas específicas para substituir os catalisadores metálicos externos. “A surpresa é que as enzimas que catalisam essas reacções não se conservam através da lacuna evolutiva que separa as bactérias das arqueias”, declarou William Martin, biólogo da equipa de investigação.
O trabalho de análise genómica revelou que as estruturas enzimáticas de ambos os domínios biológicos diferem drasticamente ao realizar a mesma tarefa catalítica. Segundo os autores do estudo, isto implica que ambos os grupos resolveram os mesmos problemas bioquímicos através de invenções paralelas após se terem separado. “Os novos dados apenas deixam uma conclusão. As linhagens bacterianas e das arqueias fizeram a transição para o estado de vida livre de forma independente. Apenas as células de vida livre estão vivas“, esclareceu William Martin.
Esta diferenciação fundamental altera substancialmente o esquema clássico da árvore da biologia terrestre, substituindo o tronco ancestral único por duas raízes principais. A investigadora Natalia Mrnjavac salientou que estas inovações enzimáticas duplicadas foram indispensáveis para o salto evolutivo. “Tais invenções paralelas poderão ter aberto caminho para o surgimento independente de bactérias e arqueias de vida livre”, confirmou a especialista da instituição alemã ao analisar a árvore evolutiva.
Alternativas energéticas sem enzimas
Outro dos enigmas resolvidos por este grupo de cientistas diz respeito à forma como as moléculas iniciais obtinham energia metabólica sem a presença da molécula ATP (adenosina trifosfato). Durante o processo de investigação, descobriram que o fosfito, um elemento abundante nos antigos sistemas hidrotermais, actuava como um substituto altamente eficiente. Combinado com paládio num meio aquoso, este composto conseguiu activar reacções de fosforilação durante a noite sem necessitar de qualquer tipo de enzima proteica.
“Quando fazemos reagir o fosfito, uma forma de fósforo que ocorre naturalmente nas fontes hidrotermais, com compostos orgânicos, obtemos reacções de fosforilação metabólica da noite para o dia na água“, explicou Manon Schlikker, especialista em evolução molecular. A investigadora acrescentou sobre esta descoberta: “O fosfito e o paládio substituem a ATP e as enzimas; é incrível e torna a evolução primitiva muito mais fácil de compreender”. Assim, “estamos perante uma origem do código genético, mas duas origens da vida”, afirmou William Martin.