Betül Kacar em seu laboratório. Crédito:Betül Kacar
Os computadores estão simulando as versões ancestrais da proteína mais comum na Terra, dando aos cientistas uma visão incomparável do desenvolvimento no início da vida do aproveitamento da energia do Sol e da produção de oxigênio.
Essas descobertas podem lançar luz sobre a evolução da vida alienígena em outras partes do Universo, pesquisadores disseram. Eles recentemente detalharam suas descobertas na versão online do jornal Geobiologia .
Fotossíntese, que usa a energia da luz solar para criar açúcares e outras moléculas orgânicas à base de carbono a partir do gás dióxido de carbono, desempenhou um papel importante na história da Terra. A fotossíntese apóia a existência de plantas e outros organismos fotossintéticos nas terras e mares da Terra, que por sua vez sustenta complexas teias de animais e outras formas de vida. Ele também gera o gás oxigênio que alterou quimicamente a face do planeta.
Embora o oxigênio atualmente represente cerca de um quinto da atmosfera da Terra, bem no início da história do planeta, o oxigênio era raro. "Nosso planeta tem, por grande parte de sua história, parecia um lugar totalmente estranho, "disse Betül Kacar, um biólogo evolucionário e astrobiólogo na Universidade de Harvard.
A primeira vez que o elemento se espalhou pela atmosfera da Terra em grande extensão foi cerca de 2,5 bilhões de anos atrás, no que é chamado de Grande Evento de Oxidação. Pesquisas anteriores sugerem que este salto nos níveis de oxigênio foi quase certamente devido a cianobactérias - micróbios que, como plantas, fotossintetizam e produzem oxigênio.
Estudar como a vida evoluiu nas condições alienígenas do passado profundo da Terra pode lançar luz sobre "condições que podem se alinhar mais de perto com a temperatura ou composições atmosféricas de uma ampla variedade de planetas fora de nosso Sistema Solar, "Kacar disse. Em outras palavras, pesquisas sobre o início da vida na Terra podem nos ajudar a entender a possível vida alienígena em exoplanetas distantes.
A primeira grande etapa da fotossíntese é desencadeada por uma enzima conhecida como Rubisco. Pesquisas anteriores sugeriram que Rubisco é provavelmente a proteína mais abundante na Terra.
Os cientistas predefiniram um modelo de Rubisco ancestral, onde as sequências variaram muito ao longo do tempo, mas as estruturas correspondentes permaneceram relativamente conservadas. As sequências variaram em função importante, regiões sensíveis ao oxigênio, destacado em verde e azul na figura, entre os ancestrais do Grupo I / III e Grupo I da família Rubisco. Crédito:Betül Kacar
“O trabalho da Rubisco é retirar o dióxido de carbono do meio ambiente para que possa ser transformado em matéria biológica, "Disse Kacar.
Muitas versões do Rubisco existem em uma ampla gama de organismos, das plantas às bactérias. Muito permanece incerto sobre quando Rubisco evoluiu e como se diversificou ao longo do tempo por causa do escasso registro fóssil do início da vida na Terra. Aprender mais sobre a evolução da Rubisco pode lançar luz sobre como era a fotossíntese precoce e quais mudanças ela causou na Terra. Essas descobertas podem fornecer informações sobre os efeitos que as versões alienígenas da fotossíntese podem ter em planetas distantes.
Para descobrir a árvore genealógica Rubisco, Kacar e seus colegas usaram modelos de computador para analisar as estruturas moleculares de diferentes versões do Rubisco. Comparar e contrastar diferentes versões de Rubisco pode lançar luz sobre o quão próximas ou distantemente relacionadas todas essas proteínas podem ser umas com as outras.
Este trabalho ajudou os cientistas a deduzir as possíveis estruturas de antigos membros da árvore genealógica Rubisco. Em seguida, os cientistas ressuscitaram essas proteínas ancestrais no computador para ver como essas estruturas poderiam ter se comportado antes.
Existem quatro grupos principais, ou formas de Rubisco e proteínas semelhantes a Rubisco. Os cientistas se concentraram nos chamados grupos Form I e Form III. As proteínas Forma I estão associadas a oxia, ou ar carregado de oxigênio, e inclui as formas de Rubisco que são dominantes hoje. As enzimas da Forma III estão associadas à anóxia, ou falta de oxigênio, e pesquisas anteriores sugeriram que eles podem ser os ancestrais de todos os outros grupos Rubisco.
As novas descobertas sugerem que Rubisco aparentemente sofreu uma grande mudança durante a divergência entre os tipos de Rubisco Form I e Form III. Isso sugere que o oxigênio, que foi venenoso para o início da vida na Terra, estimulou essas mudanças. Especificamente, os pesquisadores sugerem que algumas formas de Rubisco se adaptaram à presença do oxigênio que indiretamente ajudaram a gerar. Essas formas de Rubisco se desenvolveram para não confundir oxigênio com dióxido de carbono.
"O dióxido de carbono e o oxigênio têm aproximadamente o mesmo tamanho e características químicas semelhantes, então Rubisco pode confundir as duas moléculas, "Kacar disse." Quando a Rubisco absorve oxigênio em vez de dióxido de carbono, não é possível fazer biomassa porque não há carbono no oxigênio. "
Em última análise, os pesquisadores querem criar micróbios que possuam versões ancestrais de Rubisco. Eles podem então comparar as características químicas de tais micróbios às composições químicas de rochas antigas para aprender mais sobre quais eventos podem ter ocorrido na Terra primitiva, Disse Kacar.
Esta história foi republicada como cortesia da Revista Astrobiologia da NASA. Explore a Terra e muito mais em www.astrobio.net.
