Origem da vida complexa: cientistas descobrem que ancestrais já respiravam oxigênio e solucionam mistério evolutivo

Uma nova investigação internacional oferece a explicação mais consistente até hoje para a origem da vida complexa, ao demonstrar que o ancestral comum de plantas, animais e fungos já dispunha de mecanismos para respirar oxigênio, muito antes de essas formas de vida dominarem o planeta.

Do enigma ao modelo: o impasse sobre a origem da vida complexa

O ponto central do debate científico residia em reconciliar dois fatos aparentemente incompatíveis. Por um lado, a hipótese da endossimbiose sustenta que uma célula do grupo Asgard archaea englobou uma bactéria alfaproteobactéria. Após essa captura, a bactéria deixou de ser um organismo independente e passou a funcionar como a mitocôndria, estrutura celular responsável por gerar energia a partir do oxigênio. Por outro lado, os espécimes de Asgard conhecidos até recentemente foram detectados em fontes termais profundas sem presença de oxigênio, sugerindo que esse gás seria tóxico para seus metabólitos. A questão se resumia a entender como um organismo avesso ao oxigênio teria formado parceria justamente com outro que dependia desse elemento.

Novo panorama genético reforça a explicação para a origem da vida complexa

Pesquisadores da Universidade do Texas em Austin reuniram 15 terabytes de DNA ambiental coletados ao longo de diversas expedições oceânicas. A análise detalhada desses dados genômicos ampliou quase ao dobro o número de genomas catalogados dos parentes das Archaeas que originaram os eucariontes. Essa expansão na amostragem preencheu uma lacuna sobre a ecologia desses microrganismos, demonstrando que eles não ocupavam exclusivamente nichos anóxicos, mas também sedimentos costeiros e colunas de água ricas em oxigênio.

Segundo o estudo, as linhagens mais próximas dos eucariontes exibem vias metabólicas capazes de utilizar oxigênio com eficiência. Esse resultado remove o obstáculo geobiológico que enfraquecia a teoria da endossimbiose, fazendo do encontro entre Archaeas e alfaproteobactérias um evento plausível em águas rasas, em vez de um incidente improvável em zonas profundas sem oxigênio.

Heimdallarchaea: peças-chave na narrativa da origem da vida complexa

Entre os grupos analisados, os cientistas destacaram as Heimdallarchaea. Esses microrganismos contêm proteínas estruturais da cadeia de transporte de elétrons, componente essencial para qualquer metabolismo que emprega oxigênio. O achado indica que as Heimdallarchaea dominavam um repertório bioquímico capaz de converter oxigênio em energia, algo antes atribuído apenas às bactérias parceiras do processo de endossimbiose.

Além disso, a convivência comprovada dessas Archaeas com as alfaproteobactérias nos sedimentos costeiros cria um cenário ecológico compatível com a captura endossimbiótica. A proximidade física aumenta a probabilidade de interações celulares frequentes, facilitando o eventual englobamento que levou à formação das mitocôndrias.

Metodologia: grandes volumes de DNA e a IA AlphaFold como aliadas

Para validar a hipótese de que esses microrganismos eram aeróbicos, os autores utilizaram a ferramenta de inteligência artificial AlphaFold. O software serviu para prever, a partir das sequências genéticas, quais proteínas seriam produzidas por cada gene identificado. A presença de proteínas típicas da respiração aeróbica forneceu a confirmação funcional de que as Archaeas possuíam o maquinário necessário para processar oxigênio.

Esse procedimento foi aplicado a terabytes de dados genéticos, compilados em um esforço de sequenciamento massivo sem precedentes na área. A análise sistemática permitiu comparar o repertório de vias metabólicas em espécies de diferentes ambientes, distinguindo aquelas que vivem em anoxia das que habitam regiões oxigenadas.

Consequências para a astrobiologia e para a própria cronologia da evolução

Com a demonstração de que o ancestral dos eucariontes respirava oxigênio, o quadro evolutivo da origem da vida complexa ganha novo contorno. Significa que os mecanismos necessários para lidar com a química atmosférica moderna já estavam presentes antes da diversificação das formas pluricelulares. Essa robustez biológica ajuda a explicar a sobrevivência dos microrganismos aos períodos de intensa variação de oxigênio na história geológica da Terra.

O resultado também altera as premissas de busca de vida fora do planeta. Se a cooperação entre microrganismos aeróbicos era viável em águas rasas com oxigênio disponível, ambientes similares em outros corpos celestes podem abrigar processos equivalentes. Entender como a biologia terrestre evoluiu em condições variáveis de oxigênio serve, portanto, como modelo comparativo para investigações astrobiológicas.

Entidades envolvidas e seus papéis no avanço da pesquisa

O trabalho foi liderado por Brett Baker, professor associado de ciências marinhas na Universidade do Texas em Austin. Baker atuou como autor principal, coordenando as fases de coleta de amostras, mapeamento genético e interpretação dos resultados. A cientista Kathryn Appler, pesquisadora do Institut Pasteur, figurou como primeira autora e contribuiu decisivamente para o sequenciamento massivo dos genomas analisados. Juntos, eles ampliaram o repertório de dados sobre parentes das Archaeas Asgard, permitindo a revisão de hipóteses anteriores.

A plataforma AlphaFold, empregada para prever as estruturas proteicas, funcionou como elemento central na comprovação de que esses ancestrais dispunham de vias respiratórias aeróbicas. Por fim, o grupo de microrganismos Heimdallarchaea e as alfaproteobactérias aparecem como protagonistas na transição entre vida simples e organismos dotados de mitocôndrias, marcando um ponto-chave na evolução celular.

Próximos passos: expandir o catálogo genômico e investigar interações celulares

Os pesquisadores indicam que a próxima fase consiste em ampliar ainda mais o banco de dados genômicos de Archaeas Asgard. A diversidade recém-identificada sugere que outras linhagens com habilidades aeróbicas possam estar inexploradas. Investigar como essas espécies interagem em ambiente natural com bactérias aparentadas às mitocôndrias ajudará a reconstruir, em maior detalhe, o passo crítico que levou ao surgimento dos eucariontes.

Em síntese, a confirmação de que o ancestral dos eucariontes respirava oxigênio dissolve o paradoxo entre habitat anóxico e metabolismo aeróbico, consolidando a teoria da endossimbiose como explicação mais coerente para a origem da vida complexa.