Ao estudar a árvore genética da vida, os cientistas determinaram que a primeira vida na Terra pode ter vivido debaixo d’água, onde seria protegida da luz ultravioleta prejudicial do sol.
A origem da vida em Terra permanece um mistério, mas os cientistas estão lentamente juntando as peças do quebra-cabeça genético para aprender mais sobre como a primeira vida na Terra viveu, entre 2,5 e 4 bilhões de anos atrás. Agora, cientistas da Universidade de Wisconsin-Madison e da Universidade da Califórnia, Riverside, usaram aprendizado de máquina para rastrear o desenvolvimento evolutivo de um proteínabaseada em uma molécula chamada rodopsina de volta a algumas das formas de vida microbianas mais antigas que existiram na Terra. Os resultados também podem informar a busca por vida além da Terra, argumentam os cientistas.
“É como pegar o DNA de muitos netos para reproduzir o DNA de seus avós”, disse o astrobiólogo Edward Schwieterman, da Universidade da Califórnia Riverside, coautor da nova pesquisa, em um estudo declaração (abre em nova aba).
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Os pesquisadores suspeitam que a rodopsina forneceu a energia da bateria para o início da vida, transformando a luz do Sol em energia. Na Terra moderna, a rodopsina pode absorver luz azul, verde, amarela e laranja. (Também está tangencialmente relacionado aos bastonetes e cones de absorção de luz que nossos olhos usam para ver o mundo.)
Schwieterman e seus colegas começaram usando o aprendizado de máquina para procurar os genes que controlam a rodopsina em uma faixa tão ampla de vida na Terra quanto possível, identificando os genes que tinham as linhagens mais longas.
Esta análise sugeriu que a antiga rodopsina absorveu apenas a luz azul e verde. Essa capacidade reduzida faz sentido em um cenário em que a vida primitiva pode ter se originado no oceano, onde os comprimentos de onda azul e verde da luz penetram mais profundamente em uma coluna de água do que outros comprimentos de onda ópticos: ser capaz de absorver esses comprimentos de onda para obter energia teria sido vitalmente importante.
E o oceano pode ter sido um dos poucos lugares seguros para a formação da vida primitiva, já que grande parte da superfície do planeta estaria fora dos limites da vida. Isso porque o início atmosfera da Terra não tinha oxigênio livre e, portanto, nenhuma camada de ozônio para proteger da radiação ultravioleta solar prejudicial. Em vez disso, a vida teria se abrigado no subsolo ou nas profundezas do oceano, onde seria protegida da luz ultravioleta prejudicial.
Consequentemente, as descobertas nos ensinam sobre o ambiente em que a vida primitiva na Terra viveu e como essa vida extraiu energia de seu ambiente.
“Ressuscitamos sequências de DNA antigas de uma molécula, e isso nos permitiu ligar à biologia e ao ambiente do passado”, disse Betul Kacar, astrobióloga da Universidade de Wisconsin-Madison e principal autora da nova pesquisa, em a mesma afirmação.
“Na Terra primitiva, a energia pode ter sido muito escassa”, disse Schwieterman, observando que os micróbios antigos devem ter descoberto como usar a energia disponível sem processos complexos como a fotossíntese que as plantas modernas realizam para transformar a luz solar em moléculas armazenadoras de energia.
Embora a rodopsina funcione de forma semelhante à clorofila, o composto no centro da fotossíntese, elas não estão relacionadas. Em vez disso, cada um teria evoluído separadamente para preencher o nicho ecológico não ocupado pelo outro.
A rodopsina realmente começou a evoluir para sua forma mais moderna cerca de 2 a 2,5 bilhões de anos atrás, quando a atmosfera da Terra foi subitamente inundada com oxigênio produzido por cianobactérias fotossintéticas microscópicas no que é chamado de Grande Evento de Oxidação. Também é conhecida como a Catástrofe do Oxigênio, porque a mudança da atmosfera resultou na extinção de um grande número de espécies microbianas que não respiravam oxigênio.
A inundação de oxigênio logo criou uma camada de ozônio que repeliu a radiação ultravioleta solar prejudicial, permitindo que os micróbios que pudessem se adaptar às novas condições ricas em oxigênio deixassem o oceano e os nichos subterrâneos, espalhando-se mais livremente pela superfície da Terra. E com mais comprimentos de onda de luz solar em oferta do que nas profundezas dos oceanos, a rodopsina evoluiu para absorvê-los também.
As descobertas também podem ser aplicadas à astrobiologia. “A Terra primitiva é um ambiente alienígena comparado ao nosso mundo de hoje”, disse Schwieterman. “Entender como os organismos aqui mudaram com o tempo e em diferentes ambientes nos ensinará coisas cruciais sobre como procurar e reconhecer a vida em outros lugares”.
A pesquisa é descrita em um artigo publicado em 7 de maio na revista Biologia Molecular e Evolução.
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