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Primeiro ancestral comum universal

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O primeiro ancestral comum universal (FUCA, de first universal common ancestor) é uma entidade não-celular proposta que foi o primeiro organismo com um código genético capaz de tradução biológica de moléculas de ARN em peptídeos a produzir proteínas.[1][2] Seus descendentes incluem o último ancestral comum universal (LUCA, last universal common ancestor) e cada célula moderna.[1][3] FUCA também seria o ancestral de antigas linhagens irmãs de LUCA, nenhum dos quais tem descendentes modernos, mas que se pensa terem transferido horizontalmente alguns dos seus genes no genoma dos primeiros descendentes de LUCA.[3]

FUCA acredita-se que tenha sido composto por progenotas, propondo sistemas biológicos antigos que teriam usado RNA para seu genoma e autorreplicação.[4][5][6] Em comparação, LUCA teria tido um metabolismo complexo e um genoma de ADN com centenas de genes e famílias de genes.[1]

Origens

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Muito antes do aparecimento de entidades biológicas compartimentadas como FUCA, a vida já havia começado a se organizar e a emergir em uma era pré-celular conhecida como o mundo de ARN.[4] A presença universal de tanto o mecanismo tradução biológica como do código genético em todos os sistemas biológicos indica monofilia, uma origem única para todos os sistemas biológicos, incluindo vírus e células.[1][4]

O FUCA teria sido o primeiro organismo capaz de tradução biológica, usando moléculas de RNA para converter informações em peptídeos e produzir proteínas. Este primeiro sistema de tradução teria sido montado junto com um código genético primitivo, possivelmente sujeito a erros.[1] Ou seja, o FUCA seria o primeiro sistema biológico a ter código genético para proteínas.[2]

O desenvolvimento do FUCA provavelmente levou muito tempo.[1] O FUCA foi gerado sem código genético, a partir do ribossomo,[1] um sistema evoluído da maturação de uma maquinaria ribonucleoproteica.[4] O FUCA surgiu quando um centro proto-peptidil transferase começou a emergir, quando replicadores do mundo do RNA começaram a ser capazes de catalisar a ligação de aminoácidos em oligopeptídeos.[1]

Os primeiros genes do FUCA provavelmente codificavam proteínas ribossômicas, tRNA-aminoaciltransferase primitivas e outras proteínas que ajudaram a estabilizar e manter a tradução biológica.[2] Esses peptídeos aleatórios possivelmente produzidos se ligaram de volta aos polímeros de ácido nucleico de fita simples e permitiram uma maior estabilização do sistema que se tornou mais robusto e foi posteriormente ligado a outras moléculas estabilizadoras.[1] Quando o FUCA amadureceu, seu código genético foi completamente estabelecido.[1]

O FUCA era composto por uma população de sistemas abertos, ribonucleoproteínas auto-replicantes.[4] Com a chegada desses sistemas, começou a era progenitora.[4] Esses sistemas evoluíram para a maturidade quando os processos de auto-organização resultaram na criação de um código genético.[4] Esse código genético foi pela primeira vez capaz de organizar uma interação ordenada entre ácidos nucleicos e proteínas por meio da formação de uma linguagem biológica.[4] Isso fez com que os sistemas abertos pré-celulares começassem a acumular informações e auto-organizar, produzindo os primeiros genomas pela montagem de vias bioquímicas, que provavelmente apareceram em diferentes populações progenitoras evoluindo independentemente.[4]

Na hipótese de redução, onde vírus gigantes evoluíram de células primordiais que se tornaram parasitárias, os vírus podem ter evoluído após FUCA e antes de LUCA.[3][7]

Progenotas

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Progenotas (também chamados ribócitas ou ribocélulas)[8][9][10] são sistemas biológicos semiabertos ou abertos capazes de realizar uma intensa troca de informações genéticas, antes da existência de células e do LUCA.[5][4] O termo progenote (“progenota”) foi cunhado por Carl Woese em 1977,[11] na época em que ele introduziu o conceito de três domínios da vida (bactéria, archaea e eukaryotas) e propôs que cada domínio se originasse de um progenote diferente.[12][13][14] O significado do termo mudou com o tempo. Na década de 1980, Doolittle e Darnell usaram a palavra “progenote” para designar o ancestral de todos os três domínios da vida,[15] agora referido como o último ancestral comum universal (abreviado em [[L[ingua inglesainglês LUCA, last universal common ancestor).[16]

Os termos ribocita e ribocélula referem-se a progenotes como protoribossomas, ribossomas primitivos que eram organismos celulares hipotéticos com RNA auto-replicante, mas sem DNA,[9][17] e, portanto, com um genoma de RNA em vez do genoma de DNA usual.[6] No limiar Darwiniano de Carl Woese do período de evolução celular, acredita-se que os progenotes também tenham tido RNA como molécula informacional em vez de DNA.[8]

A evolução do ribossomo de ribócitos antigos, máquinas auto-replicantes, em sua forma atual como uma máquina translacional pode ter sido a pressão seletiva para incorporar proteínas na auto-replicação dos mecanismos do ribossoma, de modo a aumentar a sua capacidade de auto-replicação.[18][19] RNA ribossomial acredita-se que tenha surgido antes das células ou vírus, na época dos progenotas.[4]

Os progenotes compuseram e foram descendentes de FUCA,[4] e FUCA acredita-se que tenha organizado o processo entre a organização inicial dos sistemas biológicos e a maturação dos progenotas.[4] Os progenotas eram dominantes na era dos progenotas, a época em que os sistemas biológicos se originaram e inicialmente se montaram.[4] A era dos progenotas teria acontecido após a era pré-biótica do mundo de RNA e mundo de peptídeos mas antes da era dos organismos e dos sistemas biológicos maduros como vírus, bactérias e archaeas.[4]

As populações de progenotes mais bem-sucedidas foram provavelmente aquelas capazes de ligar e processar carboidratos, aminoácidos e outros metabolitos intermediários e cofatores.[4] Em progenotas, a compartimentalização com membranas ainda não foi concluída e a tradução de proteínas não foi precisa. Nem todo progenota tinha metabolismo próprio; diferentes etapas metabólicas estavam presentes em diferentes progenotas. Portanto, supõe-se que existiu uma comunidade de subsistemas que passou a cooperar coletivamente e culminou em LUCA.[8]

Ribócitas e vírus

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Na hipótese do eócito, o organismo na raiz de todos eócitos pode ter sido um ribócito do mundo de RNA. Para DNA celular e manipulação de DNA, um cenário "fora de vírus" tem sido proposto: armazenar informações genéticas no DNA pode ter sido uma inovação realizada por vírus e posteriormente entregue duas vezes aos ribócitos, uma vez transformando-os em bactérias e outra transformando-os em archaea.[20]

Similarmente, na eucariogênese viral, uma hipótese que teoriza que os eucariotos evoluíram a partir de um vírus DNA, os ribócitos podem ter sido um antigo hospedeiro do vírus DNA.[21] Como os ribócitos usaram RNA para armazenar suas informações genéticas,[21] os vírus podem inicialmente ter adotado o DNA como forma de resistir à enzimas degradação de RNA nas ribocélulas hospedeiras. Assim, a contribuição desta nova componente pode ter sido tão significativa como a contribuição dos cloroplastos ou mitocôndrias. Seguindo esta hipótese, cada archaea, bactéria e eucarioto obteve seu sistema de informação de DNA de um vírus diferente.[22]

Referências

  1. ↑ a b c d e f g h i j Prosdocimi, Francisco; José, Marco V.; de Farias, Sávio Torres (2019), Pontarotti, Pierre, ed., «The First Universal Common Ancestor (FUCA) as the Earliest Ancestor of LUCA's (Last UCA) Lineage», ISBN 978-3-030-30363-1, Cham: Springer International Publishing, Evolution, Origin of Life, Concepts and Methods (em inglês), pp. 43–54, doi:10.1007/978-3-030-30363-1_3, consultado em 2 de novembro de 2023, cópia arquivada em 29 de junho de 2022 
  2. ↑ a b c Prosdocimi, Francisco; de Farias, Sávio Torres (2020). From FUCA To LUCA: A Theoretical Analysis on the Common Descent of Gene Families. [S.l.: s.n.] doi:10.31080/ASMI.2020.03.0494 (inativo 31 de janeiro de 2024). Consultado em 2 de novembro de 2023 
  3. ↑ a b c Harris, Hugh M. B.; Hill, Colin (2021). «A Place for Viruses on the Tree of Life». Frontiers in Microbiology. 11. 16 páginas. ISSN 1664-302X. PMC 7840587Acessível livremente. PMID 33519747. doi:10.3389/fmicb.2020.604048Acessível livremente. Consultado em 22 de setembro de 2024. Cópia arquivada em 29 de junho de 2022 
  4. ↑ a b c d e f g h i j k l m n o p de Farias, Sávio Torres; Jose, Marco V.; Prosdocimi, Francisco (2021). «Is it possible that cells have had more than one origin?». Bio Systems. 202. 104371 páginas. ISSN 1872-8324. PMID 33524470. doi:10.1016/j.biosystems.2021.104371. Consultado em 23 de fevereiro de 2024. Cópia arquivada em 30 de dezembro de 2023 
  5. ↑ a b Woese, Carl (9 de junho de 1998). «The universal ancestor». Proceedings of the National Academy of Sciences (em inglês). 95 (12): 6854–6859. Bibcode:1998PNAS...95.6854W. ISSN 0027-8424. PMC 22660Acessível livremente. PMID 9618502. doi:10.1073/pnas.95.12.6854Acessível livremente 
  6. ↑ a b Lane N (2015). The Vital Question – Energy, Evolution, and the Origins of Complex LifeRegisto grátis requerido. [S.l.]: WW Norton. p. 77. ISBN 978-0-393-08881-6 
  7. ↑ Durzyńska, J., Goździcka-Józefiak, A. Viruses and cells intertwined since the dawn of evolution. Virol J 12, 169 (2015). DOI: 10.1186/s12985-015-0400-7
  8. ↑ a b c José, Marco V.; Rêgo, Thais Gaudêncio; Farias, Sávio Torres de (3 de dezembro de 2015). «A proposal of the proteome before the last universal common ancestor (LUCA)». International Journal of Astrobiology (em inglês). 15 (1): 27–31. ISSN 1473-5504. doi:10.1017/S1473550415000464Acessível livremente 
  9. ↑ a b M, Yarus (2002). «Primordial genetics: phenotype of the ribocyte». Annual Review of Genetics. 36 (125–51). PMID 12429689. doi:10.1146/annurev.genet.36.031902.105056 
  10. ↑ Forterre, P; Krupovic, M (2012). «The Origin of Virions and Virocells: The Escape Hypothesis Revisited». Viruses: Essential Agents of Life. [S.l.: s.n.] pp. 43–60. ISBN 978-94-007-4898-9. doi:10.1007/978-94-007-4899-6_3 
  11. ↑ Woese, C. R.; Fox, G. E. (20 de setembro de 1977). «The concept of cellular evolution». Journal of Molecular Evolution. 10 (1): 1–6. ISSN 0022-2844. PMID 903983. doi:10.1007/BF01796132. Consultado em 23 de fevereiro de 2024. Cópia arquivada em 8 de novembro de 2023 
  12. ↑ Woese, CR; Fox, GE (November 1977). «Phylogenetic structure of the prokaryotic domain: the primary kingdoms». Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 74 (11): 5088–90. Bibcode:1977PNAS...74.5088W. PMC 432104Acessível livremente. PMID 270744. doi:10.1073/pnas.74.11.5088Acessível livremente  Verifique data em: |data= (ajuda)
  13. ↑ Koonin, Eugene V (1 de março de 2014). «Carl Woese's vision of cellular evolution and the domains of life». RNA Biology. 11 (3): 197–204. ISSN 1547-6286. PMC 4008548Acessível livremente. PMID 24572480. doi:10.4161/rna.27673 
  14. ↑ CARRAPIÇO, F., PEREIRA, L., & RODRIGUES, T., 2007 – “Contribution to a Symbiogenic Approach in Astrobiology”. SPIE Astrobiology Conference “Instruments, Methods, and Missions for Astrobiology X”, San Diego, 25-30 August 2007. Proceedings of SPIE, 6694: 669406-1 - 669406-10. PDF repositorio.ul.pt
  15. ↑ Doolittle, W. F.; Darnell, J. E. (1 de março de 1986). «Speculations on the early course of evolution». Proceedings of the National Academy of Sciences (em inglês). 83 (5): 1271–1275. Bibcode:1986PNAS...83.1271D. ISSN 1091-6490. PMC 323057Acessível livremente. PMID 2419905. doi:10.1073/pnas.83.5.1271Acessível livremente 
  16. ↑ Weiss, Madeline C.; Preiner, Martina; Xavier, Joana C.; Zimorski, Verena; Martin, William F. (16 de agosto de 2018). «The last universal common ancestor between ancient Earth chemistry and the onset of genetics». PLOS Genetics. 14 (8): e1007518. ISSN 1553-7390. PMC 6095482Acessível livremente. PMID 30114187. doi:10.1371/journal.pgen.1007518Acessível livremente 
  17. ↑ Forterre, P; Krupovic, M (2012). «The Origin of Virions and Virocells: The Escape Hypothesis Revisited». Viruses: Essential Agents of Life. [S.l.: s.n.] pp. 43–60. ISBN 978-94-007-4898-9. doi:10.1007/978-94-007-4899-6_3 
  18. ↑ Root-Bernstein, M; Root-Bernstein, R (February 2015). «The ribosome as a missing link in the evolution of life». Journal of Theoretical Biology. 367: 130–158. PMID 25500179. doi:10.1016/j.jtbi.2014.11.025Acessível livremente  Verifique data em: |data= (ajuda)
  19. ↑ Fox, GE (September 2010). «Origin and Evolution of the Ribosome». Cold Spring Harb Perspect Biol. 2 (9): a003483. PMC 2926754Acessível livremente. PMID 20534711. doi:10.1101/cshperspect.a003483Acessível livremente  Verifique data em: |data= (ajuda)
  20. ↑ Forterre, P; Krupovic, M (2012). «The Origin of Virions and Virocells: The Escape Hypothesis Revisited». In: Witzany G. Viruses: Essential Agents of Life. [S.l.: s.n.] pp. 43–60. ISBN 978-94-007-4898-9. doi:10.1007/978-94-007-4899-6_3 
  21. ↑ a b Claverie, Jean-Michel (2006). «Viruses take center stage in cellular evolution». Genome Biology. 7 (6). 110 páginas. PMC 1779534Acessível livremente. PMID 16787527. doi:10.1186/gb-2006-7-6-110Acessível livremente 
  22. ↑ Forterre, Patrick (March 2006). «Three RNA cells for ribosomal lineages and three DNA viruses to replicate their genomes: a hypothesis for the origin of cellular domain». Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 103 (10): 3669–74. Bibcode:2006PNAS..103.3669F. JSTOR 30048645. PMC 1450140Acessível livremente. PMID 16505372. doi:10.1073/pnas.0510333103Acessível livremente  Verifique data em: |data= (ajuda)

Ver também

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