A Prova Está em Proteínas: Suportes de Ensaio Universal Common Ancestral de Toda a Vida

Terra da primeira forma de vida, flutuando na proverbial espuma de primordial mares que, eventualmente, deram origem a árvores, as abelhas e para os seres humanos, não é apenas uma popular Darwinista presunção, mas também um biológica essencial premissa de que muitos pesquisadores dependem de como parte dos alicerces do seu trabalho. No século XIX, Charles Darwin foi além de outros, que propuseram que poderia haver um ancestral comum para todos os mamíferos ou animais, e sugeriu que havia provavelmente um ancestral comum para toda a vida no planeta—planta, animal e bacteriana.
uma nova análise estatística leva esta suposição para o banco e descobre que não só detém água, mas é realmente esmagadoramente sólida. Não foi já óbvio, pela descoberta e decifração do ADN, que todas as formas de vida são descendentes de um único organismo comum—ou pelo menos de uma espécie basal? Não, diz Douglas Theobald, um professor assistente de Bioquímica da Universidade de Brandeis e autor do novo estudo, detalhado na edição de 13 de Maio da natureza. (Scientific American is part of Nature Publishing Group.) Na verdade, ele diz, ” Quando eu entrei nisso, eu realmente não sabia qual seria a resposta.”
apesar das dificuldades de testar formalmente a evolução—especialmente através dos eons para o surgimento da própria vida—Teobaldo foi capaz de executar análises estatísticas rigorosas sobre as sequências de aminoácidos em 23 proteínas universalmente conservadas ao longo das três principais divisões da vida (eucariotas, bactérias e archaea). Ao ligar essas sequências em vários modelos relacionais e evolutivos, ele descobriu que um ancestral comum universal é pelo menos 10^2.860 mais provável de ter produzido as variações da sequência proteica moderna do que até mesmo o próximo cenário mais provável (envolvendo vários ancestrais separados).*
“Evolution does well where it can be tested,” says David Penny, a professor of theoretical biology at the Institute of Molecular BioSciences at Massey University in New Zealand and co-author of an accompanying editorial. No entanto, ele observa que a evolução pode tornar “previsões testáveis sobre o passado (especialmente as quantitativas)” complicadas na melhor das hipóteses. “Que Teobaldo poderia elaborar um teste formal”, diz ele, ” foi excelente … Provavelmente levará a um salto no que é esperado da avaliação formal de hipóteses, e isso ajudaria a todos.”
acrimonia ancestral comum
as descobertas de meados do século XX sobre a universalidade do DNA “realmente pregou para as pessoas” em termos de estabelecer na cultura popular—e acadêmica—que havia um único ancestral comum universal para toda a vida conhecida na Terra, Teobaldo diz. E desde então, “tem sido amplamente assumido como verdadeiro”, observa ele. Mas nas últimas décadas, novas dúvidas surgiram em alguns círculos. Os microbiólogos ganharam uma melhor compreensão do comportamento genético de formas de vida simples, que pode ser muito mais amorfa do que a transferência vertical típica de genes de uma geração para a outra. A capacidade de micróbios como bactérias e vírus para trocar genes lateralmente entre os indivíduos—e até mesmo entre espécies—muda alguns dos conhecimentos estruturais básicos do mapa da evolução. Com transferências de genes horizontais, as assinaturas genéticas podem mover-se rapidamente entre ramos, transformando rapidamente uma árvore tradicional em uma teia emaranhada. Esta dinâmica “lança dúvidas sobre este modelo de árvore da vida”, Teobald diz. E ” uma vez que você joga a dúvida sobre isso, ele meio que lança a dúvida sobre a ancestralidade comum também.”
com a descoberta de archaea como o terceiro maior domínio da vida-além de bactérias e eucariontes-muitos microbiologistas tornaram-se mais duvidosos de um único ancestral comum em toda a linha. Outros pesquisadores colocaram certas seções da vida para o teste, incluindo uma análise estatística semelhante de 1982 por Penny testando a relação de várias espécies vertebradas. Teobaldo descreve o artigo como ” legal, mas o problema é que eles não estão testando ancestralidade universal.”Com avanços na análise genética e no poder estatístico, no entanto, Teobaldo viu uma maneira de criar um teste mais abrangente para toda a vida. No curso de sua pesquisa, Teobaldo estava enfrentando um problema evolucionário comum mas “quase intratável” na biologia molecular. Muitas macromoléculas, como as proteínas, têm estruturas tridimensionais semelhantes, mas sequências genéticas muito diferentes. A pergunta que o atormentava era:: Estas estruturas semelhantes eram exemplos de evolução convergente ou evidência de ancestralidade comum? “Todas as evidências clássicas de ancestralidade comum são qualitativas e são baseadas em semelhanças compartilhadas”, diz Teobaldo. Ele queria descobrir se concentrar-se nessas semelhanças estava a desviar os cientistas.
suposições abandonadas
a maioria das pessoas e até mesmo os cientistas operam sob a premissa de que as semelhanças genéticas implicam uma relação comum ou ancestral. Mas como com semelhanças na aparência física ou estrutura, essas suposições “podem ser criticadas”, Theobald observa. A seleção Natural tem fornecido inúmeros exemplos de evolução física convergente, como os contos pré -ênios de gambás e macacos-aranha ou as longas línguas pegajosas que comem insetos de anteontem e armadillos. E com transferência horizontal de genes em cima disso, argumentos similares poderiam ser feitos para sequências genéticas. “Eu realmente dei um passo atrás e tentei assumir o mínimo possível ao fazer esta análise”, diz Teobaldo. Ele executou vários modelos evolutivos estatísticos, incluindo aqueles que levaram a transferência de genes horizontais em consideração e outros que não o fizeram. E os modelos que contabilizaram a transferência horizontal de genes acabaram fornecendo o suporte mais estatístico para um ancestral comum universal. Theobald diz que seus resultados mais surpreendentes foram ” quão fortemente eles apoiam a ancestralidade comum.”Ao invés de ficar desapontado em simplesmente apoiar uma suposição de longa data, ele diz que, pelo menos, “é sempre bom saber que estamos no caminho certo.”
estes achados não significam que um ancestral comum universal estabelece o padrão da “árvore da vida” para a dinâmica evolutiva primitiva. Nem, no entanto, inferem uma estrutura “web da vida”. O debate árvore versus web permanece “muito controverso agora na biologia evolutiva”, Teobaldo diz, relutante em escolher um lado.
uma das outras grandes incógnitas restantes é apenas quando este ancestral comum universal viveu e o que poderia ter parecido—uma questão que levará mais do que os modelos estatísticos de Teobaldo para responder. Teobaldo também observa que o suporte para um ancestral comum universal não exclui a ideia de que a vida surgiu independentemente mais de uma vez. Se outras linhagens completamente distintas emergiram, no entanto, ou foram extintas ou permanecem ainda por descobrir.
a pesquisa provavelmente irá empurrar para estes cantos sombrios da evolução inicial, Penny observa, como ” os cientistas nunca estão satisfeitos.”Ele espera que os pesquisadores vão tentar separar ainda mais cedo, antes do DNA assumir o controle, e avaliar os estágios iniciais da evolução durante os dias de RNA.
em um nível mais fundamental, Penny diz, O documento não deve pôr um fim à avaliação de pressupostos ancestrais. Em vez disso, deve ser um lembrete de que” nunca pensamos em todas as hipóteses possíveis”, diz ele. “Então nunca devemos parar de considerar uma nova abordagem que ainda não pensamos.”
*Erratum (5/13/10): esta frase foi alterada após a publicação. Ele originalmente afirmou que um ancestral comum universal é mais de 10 vezes mais provável.