Os cinco caminhos para um mundo complexo

O professor Gergely J. Szöllősi, autor do estudo e chefe da Unidade de Genômica Evolutiva Baseada em Modelos da OIST, explica as bases dessa pesquisa. “A vida multicelular complexa — organismos compostos por muitas células cooperativas com funções especializadas — evoluiu de forma independente em cinco grandes grupos: animais, plantas terrestres, fungos, algas vermelhas e algas pardas. Em um planeta que foi dominado por organismos unicelulares, uma mudança revolucionária ocorreu não uma, mas pelo menos cinco vezes separadas: a evolução da vida multicelular complexa. Compreender quando esses grupos surgiram é fundamental para juntar a história da vida na Terra.”

O surgimento, aqui, não foi simplesmente uma questão de células se agrupando; foi o início de organismos, onde as células assumiram funções especializadas e foram organizadas em tecidos e órgãos distintos, semelhante ao que ocorre em nossos próprios corpos. Esse salto evolutivo exigiu ferramentas novas e sofisticadas, incluindo mecanismos altamente desenvolvidos para a adesão celular e sistemas intricados para a comunicação entre as células do organismo, e surgiu de forma independente em cada um dos cinco grupos principais.

Os desafios de datar a divergência evolutiva

Para a maioria desses grupos, o registro fóssil atua como um calendário geológico, fornecendo pontos âncora no tempo profundo. Por exemplo, as algas vermelhas surgem possivelmente tão cedo quanto cerca de 1,6 bilhões de anos atrás (em fósseis candidatos a algas semelhantes a vegetais da Índia); os animais aparecem por volta de 600 milhões de anos atrás (fósseis ediacaranos, como a panqueca sulcada Dickinsonia); as plantas terrestres brotam cerca de 470 milhões de anos atrás (pequenos fósseis de esporos); e as algas pardas (formas semelhantes a algas gigantes) se diversificam dezenas a centenas de milhões de anos depois. Com base nessas evidências, uma imagem cronológica da complexidade da vida emerge.

No entanto, há uma notável exceção a essa linha do tempo baseada em fósseis: os fungos. O reino fúngico há muito tempo é um enigma para os paleontólogos. Seus corpos tipicamente moles e filamentosos raramente fossilizam bem. Além disso, ao contrário de animais ou plantas, que parecem ter uma única origem de multicelularidade complexa, os fungos desenvolveram essa característica várias vezes a partir de ancestrais unicelulares diversos, tornando difícil identificar um único evento de origem no escasso registro fóssil.

Lendo o relogio genético

Para superar as lacunas no registro fóssil dos fungos, os cientistas utilizam um “relógio molecular”. O conceito é que as mutações genéticas se acumulam no DNA de um organismo a uma taxa relativamente constante ao longo das gerações, como o tique-taque de um relógio. Ao comparar o número de diferenças genéticas entre duas espécies, os pesquisadores podem estimar há quanto tempo elas divergiram de um ancestral comum.

No entanto, um relógio molecular não é calibrado; ele pode revelar o tempo relativo, mas não anos absolutos. Para ajustar o relógio, os cientistas precisam calibrá-lo com “pontos âncora” do registro fóssil. Dada a escassez de fósseis fúngicos, isso sempre foi um grande desafio. A equipe liderada pelo OIST abordou isso incorporando uma nova fonte de informação: raras “trocas” genéticas entre diferentes linhagens fúngicas, um processo conhecido como transferência horizontal de genes (HGT).

O Prof. Szöllősi explica esse conceito. “Enquanto os genes normalmente são transmitidos ‘verticalmente’ de pai para filho, HGT é como um gene pulando ‘horizontalmente’ de uma espécie para outra. Esses eventos fornecem pistas temporais poderosas,” diz ele. “Se um gene da linhagem A for encontrado na linhagem B, isso estabelece uma regra clara: os ancestrais da linhagem A devem ser mais antigos do que os descendentes da linhagem B.”

Ao identificar 17 dessas transferências, a equipe estabeleceu uma série de relações de “mais velhos/mais jovens” que, juntamente com os registros fósseis, ajudaram a aprimorar e restringir a linha do tempo fúngica.

Uma nova história para um reino antigo

A análise sugere um ancestral comum dos fungos existentes datando de aproximadamente 1,4 a 0,9 bilhões de anos atrás — bem antes das plantas terrestres. Esse cronograma apoia um longo prelúdio de interações entre fungos e algas que ajudaram a preparar o cenário para a vida na Terra.

O co-primeiro autor deste estudo, Dr. Lénárd L. Szánthó, enfatiza a importância dessas descobertas. “Os fungos gerenciam ecossistemas — reciclando nutrientes, formando parcerias com outros organismos, e às vezes causando doenças. Determinar sua linha do tempo mostra que os fungos estavam se diversificando muito antes das plantas, consistente com parcerias iniciais com algas que provavelmente ajudaram a pavimentar o caminho para os ecossistemas terrestres.”

Esse cronograma revisado redefine fundamentalmente a história da colonização da Terra por seres vivos. Sugere que, por centenas de milhões de anos antes que as primeiras plantas verdadeiras se estabelecessem, os fungos já estavam presentes, provavelmente interagindo com algas em comunidades microbianas. Essa longa fase preparatória pode ter sido essencial para tornar os continentes da Terra habitáveis. Ao decompor rochas e reciclar nutrientes, esses antigos fungos poderiam ter sido os primeiros verdadeiros engenheiros ecológicos, criando os primeiros solos primitivos e alterando fundamentalmente o ambiente terrestre. Nesta nova perspectiva, as plantas não colonizaram um deserto, mas sim um mundo que havia sido preparado ao longo de eras pela antiga e persistente atividade do reino fúngico.

Sobre os autores

Este trabalho originou-se da Unidade de Genômica Evolutiva Baseada em Modelos da OIST, co-liderada pelo Prof. Gergely J. Szöllősi e pelo Dr. Eduard Ocaña-Pallarès, com Dr. Lénárd L. Szánthó e Zsolt Merényi como primeiros autores. Eles se uniram a colegas de toda a Europa, incluindo o grupo do Professor László G. Nagy, que inclui Zsolt Merényi, no HUN-REN Biological Research Centre em Szeged, Hungria — uma equipe conhecida pela genômica evolutiva de fungos e pela evolução da multicelularidade. Outros colaboradores neste estudo incluem o Prof. Philip Donoghue, que lidera o Grupo de Paleobiologia da Universidade de Bristol, no Reino Unido, e o Prof. Toni Gabaldón, do Instituto de Pesquisa em Biomedicina (IRB) e do Centro de Supercomputação de Barcelona (BSC), na Espanha, um especialista em genômica comparativa.