Universidade Federal do Espírito Santo Centro Universitário Norte do Espírito Santo

1. Universidade Federal do Espírito Santo Centro Universitário Norte do Espírito Santo ORIGEM E EVOLUÇÃO DA VIDA AULA 5: O Último Ancestral Comum Universal Vander Calmon Tosta Luiz Fernando Duboc

2. 1. Relembrando o “fio da meada” Agora que já sabemos que a vida tem uma origem única e que já compreendemos porque as idéias de Darwin revolucionaram a forma de pensar a Biologia, vamos começar uma jornada rumo ao conhecimento da diversidade biológica. Poderíamos começar nossa discussão partindo do ponto de 4 bilhões de anos atrás, discutindo o mundo pré RNA, enfocando aspectos de evolução molecular. No entanto, por se tratar nossa disciplina da Origem e Evolução da Vida, vamos iniciar a nossa longa viagem pela diversidade dos seres vivos a partir de 3,6 bilhões de anos quando se pensa surgiu o primeiro organismo com organização celular, para a maioria dos biólogos o primeiro ser vivo, visto que para a grande maioria a vida necessariamente necessita de uma unidade mínima de organização. Alguns poderiam apontar esta unidade como a molécula de RNA ou de DNA em si, e poderíamos considerar vida a partir do mundo de RNA. Essas divergência segue nos dias atuais e não se tem um consenso.

3. Para iniciarmos nossa jornada ao longo da evolução dos seres vivos precisamos responder uma questão: “Se existe uma árvore da vida, quem é a raiz, qual o último ancestral comum universal ?”

4. Relembrandos, as duas teses principais de A Origem das Espécies são : * Os organismos vivos são produtos de uma história de descendência com modificação a partir de ancestrais comuns denominada de Evolução. * O principal mecanismo da evolução é a seleção natural das variações hereditárias Diário de Notas de Darwin onde ele já propunha a organização do seu pensamento evolutivo no qual a evolução das espécies pode ser representada por um processo de ramificação (semelhante a uma árvore) onde uma dada espécie em dado momento se divide (DESCENDE COM MODIFICAÇÕES) originando duas espécies filhas.

5. 2. Uma breve história da árvore da vida A classificação dos organismos vivos e árvore da vida, hoje em dia, estão intimamente ligadas. Durante anos a classificação biológica foi feita somente seguindo o sistema binomial proposto por Linaeu usando os níveis de filo, classe, ordem, família, gênero e espécie. Hoje em dia, o esquema lineano clássico vem sendo reestruturado e reinterpretado de tal forma que a classificação dos organismos seja um reflexo da sua história evolutiva e não um simples agrupamento de seres com características similares. O primeiro a propor este tipo de reflexão foi Ernst Haeckel, em 1866, que com a árvore ao lado propunha a divisão de todos os seres vivos em três grandes grupos: os plantae, os protistas e os animalia. Para Haeckel a raíz da árvore era ocupada pelos monera.

6. Em 1937, Edouard Chatton, criou o conceito de domínios, que para ele se superpunha ao conceito de filo lineano e dividiu os organismos em dois grandes domínios que muitas vezes usamos até hoje em dia: os eucariotos e os procariotos. A divisão de Chatton se baseava na presença ou ausência da membrana nuclear organizando o material genético nos organismos. Assim, todos os organismos que não apresentavam membrana nuclear nas suas células, segundo Chatton, pertenciam ao grupos dos procariotos. Enquanto os organismos que apresentavam membrana nuclear pertenciam ao domínio dos eucariotos. A Esquemas de células e eucariotas (A) e procariotas (B) B

7. Em 1959, o pesquisador Robert Whittaker propôs uma nova forma de conciliar a árvore da vida com a classificação de tal forma a englobar os domínios propostos por Chatton. Whittaker dividiu os organismos em três domínios: procariotos unicelulares, eucariotos unicelulares, e eucariotos multicelulares ou multinucleados. O primeiro domínio era composto pelos organismos do reino monera, sendo a raíz da árvore. O segundo domínio era composto pelos organismos do reino protista. O terceiro domínio era composto pelos organismos dos outros três reinos: fungi, plantae e animalia. Rober Whittaker, 1920,1980 O homem dos cinco reinos Carl Woese 1928 – As moléculas entram na história

9. As análises moleculares revolucionaram a nossa visão de árvore da vida, nos levando não só a visão atual de árvore baseado em três domínios: archaea, bacteria e euckarya; como nos levando a rever e reler a relação dos outros níveis de organização como filos, classes, ordens, famílias, gêneros e espécies. As moléculas entram na história da Biologia Moderna definitivamente na década de 70 quando Carl Woese e colaboradores analisam sequências gênicas de RNA ribossômicos (rRNA) e percebem que a vida pode ser dividida nos três grandes domínios. A escolha do rRNA não foi ao acaso, Woese sabia que todos os organismos vivos apresentavam ribossomos, assim decifrar a composição dos mesmos ajudaria a decifrar a Origem e Evolução da Vida.

10. 3. Como interpretar uma árvore da vida ? Para entender melhor o que a árvore da vida pode nos dizer, ou seja para interpretar melhor as relações que uma árvore da vida mostra entre os organismos temos que compreender do que a árvore é formada.

11. Uma árvore filogenética representa a descendência com modificação através dos tempos. As linhas azuis representam a divergência das unidades taxonômicas opercionais (OTUs) ao longo do tempo desde a sua origem até as formas (“tips”) atuais. Uma OTU pode representar uma espécie, um indivíduo, um genoma, um gene ou qualquer outra unidade evolutiva. Considerando a evolução através do tempo, os nós (círculos azuis) representam o ponto onde uma linhagem divergiu dando origem a duas linhagens novas. Os ramos representam a evolução de uma OTU através desse tempo evolutivo. A raíz da árvore será representada pelo ancestral comum à compartilhado por todas as OTUs através das divergências de linhagem dentro da árvore.

12. As árvores da vida mostram basicamente três relações entre os organismos vivos: monofilia (A), parafilia (B) e polifilia (C). Quando buscamos um ancestral comum devemos buscar por relações de monofilia, grupos monofiléticos são os únicos que apresentam um único ancestral comum, e por isto são ditos como grupos ou linhagens naturais. Facilmente se distingue um grupo monofilético de um polifilético, o mesmo não é verdade para as relações de monofilia e parafilia. Nem sempre é fácil distinguir um grupo monofilético de um parafilético como podemos ver ao estudar a ancestralidade nos répteis.

13. Os répteis são considerados um grupo parafilético, uma vez que existem répteis que tiveram uma ancestralidade comum mais recente com grupos de aves que outros grupos de répteis, ou seja eles apresentam mais homologia com as aves que com outros répteis.

14. 4- Porque sabemos que a vida teve um ancestral único comum? Existem sete homologias universais que nos permitem apontar uma ancestralidade única da vida: *1- O DNA é o material genético em todos organismos celulares, *2-O mecanismo de cópia do DNA usa um mecanismo de complementaridade de bases em todos os organismos celulares, *3- A transcrição do DNA em RNA usa uma enzima RNA polimerase com um sistema catalítico homologo em todos os organismos celulares, *4- A tradução de RNA em proteinas usa um sistema de código genético de três nucleotídeos, *5- Na tradução estão envolvidos rRNAs, rRNAs e ribossomos, *6- O uso de ATP como fonte primordial de energia para se construir DNA e RNA é comum a todos os organismos celulares, *7- Por fim, todos os organismos celulares apresentam uma organização celular.

15. 5- E quem veio primeiro, archaea, bacteria ou eucarya? O ovo ou a galinha em versão celular.

17. Alguns dados moleculares apontam que archaea esta mais próximo de eucaria, e que organismos semelhantes as bactérias atuais devam ter sido nossos primeiros ancestrais.

18. Mas ao mesmo tempo outros dados moleculares apontam para uma intensa troca de genes entre os organismos ancestrais de forma que apontar uma origem única pode não ser possível.