Quando a vida ganhou um terceiro domínio
Carl Woese, as arqueias e a descoberta que redesenhou a árvore da vida
Celso Pinto de Melo*/substack.com
“A biologia do século XXI será construída sobre a compreensão da evolução microbiana.” - Carl R. Woese [1]
Quando os micróbios mudaram a história da vida
No artigo anterior, vimos como o DNA revelou uma surpresa que permaneceu invisível por mais de dois mil anos: os fungos são mais próximos dos animais do que das plantas. Mas aquela descoberta era apenas o começo. Enquanto os biólogos revisavam o lugar dos fungos na árvore da vida, outro pesquisador estava prestes a mostrar que uma parte inteira da vida havia permanecido oculta à ciência. Seu nome era Carl Woese.
O problema dos organismos pouco visíveis
Até o século XVII, a maior parte desse mundo simplesmente escapava à observação humana. Em 1665, Robert Hooke descreveu pela primeira vez as “células” ao examinar cortiça com um microscópio. Poucos anos depois, Antonie van Leeuwenhoek aperfeiçoou esses instrumentos e tornou-se o primeiro a observar bactérias, protozoários e outros microrganismos vivos. Pela primeira vez, a ciência descobria que existia um vasto universo invisível aos nossos olhos. Mas ver esses organismos ainda estava longe de compreender quem eles eram.
Até a primeira metade do século XX, a classificação biológica parecia relativamente estável. Em 1969, o ecólogo norte-americano Robert Whittaker propôs o sistema dos cinco reinos, que se tornaria dominante no ensino da biologia durante as décadas seguintes. Nesse modelo, os seres vivos eram distribuídos entre Monera, Protista, Fungi, Plantae e Animalia [2].
Os organismos mais simples – todos aqueles sem núcleo celular – eram agrupados no reino Monera. Bactérias com formas, metabolismos e modos de vida muito distintos eram consideradas membros de uma única grande linhagem evolutiva.
A hipótese parecia razoável. Afinal, vistas ao microscópio, essas células eram extremamente parecidas.
Mas a aparência estava prestes a enganar os biólogos mais uma vez.
Quando o RNA começou a contar uma história diferente
Na década de 1970, Carl Woese, da Universidade de Illinois, procurava uma forma de reconstruir a história profunda da vida.
Em vez de comparar características anatômicas ou fisiológicas, ele decidiu comparar moléculas presentes em todos os organismos vivos.
Sua escolha recaiu sobre o RNA ribossômico, uma molécula essencial para a produção de proteínas e cuja sequência muda lentamente ao longo do tempo.
A ideia era simples e poderosa: se organismos compartilhassem um ancestral comum recente, suas sequências de RNA seriam semelhantes. Quanto mais antigas fossem as separações evolutivas, maiores seriam as diferenças acumuladas.
Foi uma decisão que mudaria profundamente a biologia.
A Fig. 1 mostra a estratégia utilizada por Carl Woese para reconstruir os parentescos evolutivos entre organismos aparentemente semelhantes.
Figura 1 – Como Carl Woese leu a história da evolução. Ao comparar sequências de RNA ribossômico presentes em todos os seres vivos, Woese criou uma nova forma de investigar a história evolutiva da Terra. Pela primeira vez, era possível reconstruir parentescos utilizando diretamente informações moleculares.
A importância dessa abordagem não estava apenas na tecnologia utilizada, mas na mudança de perspectiva que ela representava. Em vez de observar a aparência dos organismos, Woese passou a ler os registros evolutivos preservados em suas moléculas. Era uma espécie de arqueologia genética da vida.
A descoberta das arqueias
Ao analisar microrganismos encontrados em fontes termais, lagos hipersalinos e outros ambientes extremos, Woese percebeu algo inesperado.
Alguns desses organismos não eram bactérias comuns.
Suas sequências de RNA eram tão diferentes das bactérias conhecidas que indicavam uma separação evolutiva extremamente antiga [3].
Inicialmente recebidos com ceticismo, os resultados acumulavam evidências cada vez mais robustas. Aos poucos tornou-se claro que aqueles microrganismos pertenciam a uma linhagem independente da vida.
Era a primeira evidência de que existia uma terceira grande linhagem da vida: as arqueias [3].
A descoberta provocou uma das maiores reformulações da classificação biológica [4].
A Fig. 2 resume a reorganização da vida proposta por Woese e colaboradores a partir dos estudos de RNA ribossômico.
Figura 2 – Os três domínios da vida. A análise molecular revelou que a vida se organiza em três grandes domínios evolutivos: Bacteria, Archaea e Eukarya. As arqueias não são bactérias exóticas, mas uma linhagem própria, tão distinta quanto os eucariotos.
A nova classificação mostrou que organismos aparentemente semelhantes podem possuir histórias evolutivas profundamente diferentes. Ela também revelou que a maior parte da diversidade biológica do planeta é microscópica e permaneceu invisível durante grande parte da história da ciência.
Um novo mapa para a vida
Em 1990, Woese, Otto Kandler e Mark Wheelis propuseram formalmente a divisão da vida em três domínios: Bacteria, Archaea e Eukarya [4].
Os eucariotos incluem animais, plantas, fungos e inúmeros organismos unicelulares dotados de núcleo celular.
As bactérias e arqueias, embora microscópicas, representam a imensa maioria da diversidade metabólica e genética da Terra.
A partir daquele momento, a tradicional árvore da vida precisou ser redesenhada.
Mas havia outra surpresa escondida na própria origem dos eucariotos.
As arqueias estão mais próximas de nós do que imaginávamos
À medida que os estudos genômicos avançaram, os cientistas descobriram algo ainda mais intrigante.
Muitos genes responsáveis pelos mecanismos fundamentais das células eucarióticas apresentam maior semelhança com genes arqueanos do que com genes bacterianos [5, 6].
Em outras palavras, alguns dos componentes mais básicos das células humanas possuem raízes evolutivas associadas às arqueias.
A fronteira entre os três domínios mostrava-se mais permeável e complexa do que sugeriam os primeiros esquemas classificatórios.
A Fig. 3 mostra a diversidade oculta dos microrganismos e sua distribuição nos diferentes ambientes do planeta.
A figura ajuda a perceber uma mudança de perspectiva fundamental. O mundo macroscópico – plantas, animais e fungos – representa apenas uma pequena fração da diversidade produzida pela evolução ao longo de quase quatro bilhões de anos [7].
A próxima revolução
A descoberta das arqueias transformou nossa compreensão sobre quem são os principais protagonistas da história da vida.
Mas ela também levantou uma pergunta ainda mais profunda.
Como surgiram os eucariotos – as células complexas que deram origem aos animais, plantas e fungos?
A resposta levaria os cientistas a uma ideia ainda mais surpreendente: a de que algumas das estruturas mais importantes de nossas células descendem de antigas bactérias que passaram a viver dentro de outras células.
Era a teoria da endossimbiose.
E ela transformaria a árvore da vida em algo muito mais parecido com uma rede.
Continua no próximo artigo: Quando a árvore virou uma rede.
Bibliografia
1. Woese, C.R., Interpreting the universal phylogenetic tree. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2000. 97(15): p. 8392–8396.
2. Whittaker, R.H., New concepts of kingdoms of organisms. Science, 1969. 163(3863): p. 150–160.
3. Woese, C.R. e G.E. Fox, Phylogenetic structure of the prokaryotic domain: the primary kingdoms. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 1977. 74(11): p. 5088–5090.
4. Woese, C.R., O. Kandler, e M.L. Wheelis, Towards a natural system of organisms: proposal for the domains Archaea, Bacteria and Eucarya. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 1990. 87(12): p. 4576–4579.
5. Woese, C.R., The universal ancestor. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 1998. 95(12): p. 6854–6859.
6. Doolittle, W.F., Phylogenetic classification and the universal tree. Science, 1999. 284(5423): p. 2124–2129.
7. A evolução é fato. 1 ed, ed. C.F.M. Menck. 2024, Rio de Janeiro: Academia Brasileira de Ciências.
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