Comandado pela Universidade de Bristol e publicado na revista Nature em 3 de dezembro, o trabalho demonstra que organismos complexos começaram a se desenvolver muito antes de os níveis de oxigênio na atmosfera alcançarem quantidades significativas. Até então, muitos cientistas acreditavam que a abundância de oxigênio era fundamental para o surgimento da vida complexa.

“A Terra tem aproximadamente 4,5 bilhões de anos, e as primeiras formas de vida microbiana apareceram há mais de 4 bilhões de anos. Esses organismos eram constituídos por dois grupos — bactérias e arqueias, que são distintas, mas relacionadas, coletivamente conhecidas como procariontes,” afirmou a coautora Anja Spang, do Departamento de Microbiologia e Biogeoquímica no Instituto Real de Pesquisas Marinhas dos Países Baixos.

Durante centenas de milhões de anos, os procariontes foram os únicos organismos vivos no planeta. Posteriormente, células eucarióticas mais complexas evoluíram, dando origem a algas, fungos, plantas e animais.

Repensando as Origens dos Eucariontes

Davide Pisani, Professor de Filogenômica na Escola de Ciências Biológicas da Universidade de Bristol e coautor, destacou: “As ideias anteriores sobre como e quando os primeiros procariontes se transformaram em eucariontes complexos estavam, em grande parte, no âmbito da especulação. As estimativas variaram em até um bilhão de anos, uma vez que não existem formas intermediárias e a evidência fósseis definitivas tem sido escassa.”

Para esclarecer essa transição longamente debatida, a equipe ampliou o método existente de ‘relógios moleculares’, uma ferramenta utilizada para estimar quando diferentes espécies compartilharam um ancestral comum.

“A abordagem foi de duas frentes: ao coletar dados sequenciais de centenas de espécies e combiná-los com as evidências fósseis conhecidas, conseguimos criar uma árvore da vida com uma linha do tempo. Em seguida, aplicamos essa estrutura para resolver melhor a cronologia de eventos históricos dentro de famílias genéticas individuais,” explicou o coautor principal, Professor Tom Williams, do Departamento de Ciências da Vida da Universidade de Bath.

Um Início Muito Anterior para a Complexidade Celular

Os pesquisadores analisaram mais de cem famílias genéticas em múltiplos sistemas biológicos e se concentraram nas características que diferenciam os eucariontes dos procariontes. Isso permitiu que reconstruíssem uma imagem mais clara de como as características celulares complexas se desenvolveram.

Os resultados indicam que a transição para a complexidade começou há cerca de 2,9 bilhões de anos — quase um bilhão de anos mais cedo do que algumas estimativas anteriores sugeriam. As evidências sugerem que estruturas como o núcleo surgiram muito antes das mitocôndrias. “O processo de complexificação cumulativa ocorreu ao longo de um período muito mais prolongado do que se pensava anteriormente,” disse o autor Gergely Szöllősi, chefe da Unidade de Genômica Evolutiva Baseada em Modelos no Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa (OIST).

Essas descobertas permitiram que os pesquisadores descartassem alguns modelos existentes para a eucariogênese (a evolução da vida complexa). Já que os resultados não se compatibilizavam totalmente com qualquer explicação atual, a equipe propôs um novo cenário chamado ‘CALM’ — Complexo Arqueano, Mitocôndria Tardia.

Apresentando o Modelo CALM

O autor principal, Dr. Christopher Kay, Pesquisador Associado na Escola de Ciências Biológicas da Universidade de Bristol, afirmou: “O que distingue este estudo é a investigação detalhada do que essas famílias genéticas realmente fazem — e quais proteínas interagem com quais — tudo em uma linha temporal absoluta. Foi necessário combinar várias disciplinas para alcançar isso: a paleontologia para informar a cronologia, a filogenética para criar árvores fidedignas e úteis, e a biologia molecular para dar contexto a essas famílias genéticas. Foi um grande trabalho.”

“Uma das nossas descobertas mais significativas foi que as mitocôndrias surgiram de maneira significativamente mais tardia do que se esperava. A data coincide com o primeiro aumento substancial nos níveis de oxigênio atmosférico,” acrescentou o autor Philip Donoghue, Professor de Paleobiologia na Escola de Ciências da Terra da Universidade de Bristol.

“Essa visão conecta a biologia evolutiva diretamente à história geoquímica da Terra. O ancestral arqueano dos eucariontes começou a evoluir características complexas cerca de um bilhão de anos antes de o oxigênio se tornar abundante, em oceanos que eram completamente anóxicos.”