p Usando imagens 3D detalhadas, pesquisadores mostraram como as bactérias desenvolveram motores moleculares de diferentes poderes para otimizar sua natação. p A descoberta, por uma equipe do Imperial College London, fornece insights sobre a evolução em escala molecular.

p As bactérias usam motores moleculares de apenas dezenas de nanômetros de largura para girar uma cauda (ou 'flagelo') que as empurra através de seu habitat. Como motores de fabricação humana, a estrutura dessas máquinas em nanoescala determina seu poder e a capacidade de natação da bactéria.

p Anteriormente, a equipe do Departamento de Ciências da Vida da Imperial analisou esses motores e descobriu um fator-chave que determinava a força com que as bactérias podiam nadar. Como motores de fabricação humana, motores bacterianos têm componentes distintos de 'estator' e 'rotor' que giram uns contra os outros.

p A equipe descobriu que quanto mais estruturas de estator o motor bacteriano possuía, quanto maior sua força de giro, e quanto mais forte a bactéria nadou. Apesar dessas diferenças, A análise da sequência de DNA mostra que os motores centrais são ancestralmente relacionados. Isso levou os cientistas a questionar como a estrutura e a diversidade de natação evoluíram a partir do mesmo projeto central.

p Agora, em uma nova pesquisa publicada hoje no jornal Relatórios Científicos , os pesquisadores foram capazes de construir uma 'árvore genealógica' de motores bacterianos, combinando imagens 3-D com análise de DNA. Isso permitiu que eles entendessem como os motores ancestrais podem ter se parecido, e como eles poderiam ter evoluído para os motores sofisticados vistos hoje.

p A equipe encontrou uma diferença clara entre os motores de espécies bacterianas primitivas e sofisticadas. Embora muitas espécies primitivas tivessem cerca de 12 estatores, espécies mais sofisticadas tinham cerca de 17 estatores. Esse, junto com a análise de DNA, sugeriu que os motores antigos também podem ter apenas 12 estatores.

p Esta separação clara entre espécies primitivas e sofisticadas representa um "salto quântico" na evolução, de acordo com os pesquisadores. Seu estudo revela que o aumento na capacidade de potência do motor é provavelmente o resultado da fusão das estruturas existentes. Isso forma um andaime estrutural para incorporar mais estatores, que se combinam para impulsionar a rotação com maior força.

p O principal pesquisador, Dr. Morgan Beeby, disse:"Estamos acostumados a observar a evolução na escala de animais ou plantas, como o pescoço da girafa ficando cada vez mais longo com o tempo para alcançar o alimento anteriormente inacessível.

p "Contudo, a evolução na escala molecular é muito mais radical. É como uma girafa tendo filhos com pescoços um metro mais compridos. "

p Para realizar o estudo, a equipe visualizou uma série de motores de diferentes espécies de bactérias usando uma variante de um método chamado microscopia de crioeleição, cujos pioneiros receberam o Prêmio Nobel de Química este ano. O método envolve o congelamento instantâneo dos motores dentro das células vivas. Uma vez congelado, eles podem ser visualizados de todos os ângulos para formar uma imagem 3-D da aparência do motor dentro da célula.

p Eles então construíram uma "árvore genealógica" das espécies usando a análise da sequência de DNA, que relacionou sua capacidade de natação e propriedades motoras. Eles descobriram que bactérias com 17 ou mais estatores, e seus parentes, tinham estruturas extras anexadas a seus motores.

p Os pesquisadores acreditam que essas estruturas extras se fundiram em bactérias sofisticadas para fornecer uma estrutura maior para suportar mais estatores.

p Contudo, eles também dizem que provavelmente este não foi um evento único. As estruturas extras parecem ter evoluído muitas vezes em diferentes espécies de bactérias, usando diferentes blocos de construção, mas produzindo a mesma funcionalidade.

p As mesmas funções evoluindo independentemente em organismos completamente diferentes já foram vistas antes nos reinos animal e vegetal. Por exemplo, insetos, morcegos e pássaros têm asas evoluídas que são semelhantes em função, mas têm origens completamente diferentes, olhos surgiram várias vezes, e há boas evidências de que o sistema nervoso também evoluiu várias vezes, com algumas criaturas que possuem sistemas estranhos, ao contrário do cérebro e da medula espinhal a que estamos acostumados.

p Dr. Beeby disse:"Motores bacterianos são máquinas complexas, mas com estudos como este podemos ver como eles evoluíram em etapas distintas. Além disso, o 'salto' de 12 estatores para 17, embora seja uma grande inovação, tem um aspecto de 'inevitabilidade biológica' da mesma forma que as asas, olhos, ou sistema nervoso em animais superiores:os precursores de alto torque evoluíram várias vezes, e um conjunto deles acabou se fundindo para formar o andaime que descrevemos em nosso trabalho. "

p Ele acrescentou:"A evolução é um processo criativo, frequentemente recorrendo a variações sobre um tema. Está constantemente produzindo novas idéias moleculares, muitos dos quais falham, mas, inevitavelmente, alguns são realizados várias vezes. Vimos isso em animais, e agora vemos esse processo no mundo nanoscópico da evolução molecular também. "