Evolução Simbiogénica: Entrevista com Lynn Margulis

Neste texto é apresentada uma entrevista com a Drª Lynn Margulis sobre a sua teoria da evolução simbiogénica – é de notar que a zoóloga e geneticista é responsável pela Teoria Endossimbiótica.

Afirma que o principal mecanismo da evolução não é a mutação, mas a simbiogénese, em que novas espécies surgem através da relação simbiótica entre dois ou mais tipos de organismos. Como isso funciona?

Todos os organismos visíveis são produtos de simbiogénese, sem exceção. As bactérias são a unidade … Simbiogénese reconhece que cada forma visível de vida é uma combinação ou uma comunidade de bactérias.

(…) Os órgãos dos sentidos dos vertebrados têm cílios modificados: As hastes e células cone do olho têm cílios, e o órgão de equilíbrio no ouvido interno é forrado com cílios sensoriais. Você inclina a cabeça para um lado e carbonato de cálcio no seu ouvido interno atinge os cílios. Isto é conhecido desde pouco depois da microscopia electrónica surgir em 1963. Cílios sensoriais não vieram de mutações aleatórias. Eles vieram através da aquisição de um genoma inteiro de uma bactéria simbiótica que já podia sentir a luz ou movimento.

 

(…)

 

Esse tipo de parceria (simbiose) dirige modificações evolutivas importantes?

 

A Evolução ocorre em grandes transições. (…) Acredito em genomas adquiridos (remetendo-nos para a sua obre “Acquired Genomes”).

 

Pode dar um exemplo de simbiogénese?

 

Observe a capa da revista “Plant Physiology”. Trata-se de uma lesma. Não tem ancestrais fotossintéticos. Esta alimenta-se de algas e incorpora cloroplastos, sendo capaz de realizar fotossíntese. Ou observe uma vaca. (…) Não é capaz de digerir ervas e necessita de organismos simbióticos para a digestão.  

 

Mas a parceria simbiótica é tão estável, como pode provocar alterações evolutivas?

 

A simbiose é um fenómeno ecológico em que um tipo de organismo vive em contacto físico com outro. Simbiose a longo prazo leva a novas estruturas intracelulares, novos órgãos e sistemas e nova espécie quando um ser incorpora outro que é apto em algo.

 

Referências:

 

“Discover Interview: Lynn Margulis Says She's Not Controversial, She's Right”, Disponível em: http://discovermagazine.com/2011/apr/16-interview-lynn-margulis-not-controversial-right/

 

Evolução de Estruturas Complexas: ATP Sintase

EVOLUÇÃO DA ATP SINTASE

Certa vez, observei um criacionista perguntar ao seu oponente por um estudo (passado por revisão de pares) que desmentisse o facto da ATP Sintase ser irredutivelmente complexa. Este não se lembrou de perguntar ao criacionista por um estudo (passado por revisão de pares) que demonstrasse que esta é.

 

É de notar que segundo o próprio Michael Behe n’ “A Caixa Preta de Darwin” uma estrutura irredutivelmente complexa não tem por definição um precursor funcional. Isto pode parecer muito bonito a um criacionista (“Que bom! A proteína não evoluiu logo deus existe!” Lindo…). Mas essa alegação é contrariada pelas evidências.

 

Muitas das estruturas (se não todas) que alegadamente eram irredutivelmente complexas foram estudadas numa perspectiva evolutiva e os estudos (alguns deles referenciados ao longo deste blog) concluíram que as estruturas evoluíram naturalmente a partir de precursores funcionais, pelo que o conceito de complexidade irredutível foi considerado inaplicável.

 

Kenneth Miller (com uma atitude humorística) levou um invulgar acessório de gravata para o julgamento de Dover (Pensilvânia) – uma ratoeira á qual faltava uma parte. Que falta de gosto Dr. Miller, mas bastante útil para explicar como uma estrutura pode desempenhar uma função diferente se lhe removermos uma parte.

 

Os organismos necessitam de ATP para imensas reacções que ocorrem na célula. Para catalisar a síntese de ATP a partir de ADP existe a ATP Sintase. No entanto o ATP pode ser sintetizado em condições abióticas (provavelmente o que teria ocorrido na Terra pré-biótica). No entanto com a necessidade de produzir energia própria, proteínas capazes dessa função teriam sofrido pressões selectivas.  

 

Na realidade existem muitos estudos por revisão de pares que demonstram que a ATP Sintase tem um ancestral comum com outros tipos de proteínas.

 

A F-ATP Sintase catalisa a formação de ATP usando um gradiente de protões, enquanto que a V-ATPase gera um gradiente de protões utilizando ATP, no entanto, existem semelhanças a nível funcional e de mecanismo. 

 

O dfominio F1 apresenta semelhanças estruturais ás DNA helicases hexaméricas e o domínio F0 demonstra algumas semelhanças ao motor flagelar (que funciona a protões – H+). Tanto o domínio F1 como a DNA helicase formam um anel com a mesma simetria rotacional, com um poro central.

 

As DNA helicases usam a forma helicoidal do DNA para dirigir o seu movimento ao longo da molécula de DNA e para detectar superenrolamento, ao passo que o hexâmero α3β3 utiliza as alterações conformacionais através da rotação da subunidade γ para conduzir uma reacção enzimática.

 

As enzimas do tipo ATP Sintase foram bastante conservadas ao longo da evolução. As enzimas bacterianas são essencialmente as mesmas em estrutura e função que as das mitocôndrias. (mais uma evidência da Teoria Endossimbiótica).

 

Alguns dos processos através dos quais e ATP Sintase evoluiu são conhecidos. Por exemplo, estudos sugerem que a elongação da subunidade gama (globular) resultou de fenómenos de duplicação intragenética (atpC); a subunidade C da ATP Sintase pertence a uma família de genes expandida por duplicação genética.

 

Referências:

 

“O que é a vida?” – Lynn Margulis e Dorion Sagan (http://books.google.pt/books?id=jwVHCGSp79wC&pg=PA83&lpg=PA83&dq=produ%C3%A7%C3%A3o+abi%C3%B3tica+de+ATP&source=bl&ots=EQ7S3ZcysI&sig=zwb7agbyUtgdi-iCspV4jD0rQ5w&hl=pt-PT&sa=X&ei=EUSEUO-fDMOphAfF_YHIDA&ved=0CC8Q6AEwAA#v=onepage&q=produ%C3%A7%C3%A3o%20abi%C3%B3tica%20de%20ATP&f=false)

 

Biochim Biophys Acta. 2006 May-Jun;1757(5-6):437-45. Epub 2006 May 19. - Bioenergetics of archaea: ancient energy conserving mechanisms developed in the early history of life, Lewalter K, Müller V.

 

Gene. 2006 Apr 26;371(2):224-33. Epub 2006 Feb 7. - Evolution of ATP synthase subunit c and cytochrome c gene families in selected Metazoan classes, De Grassi A, Lanave C, Saccone C.

 

Zh Evol Biokhim Fiziol. 2007 Sep-Oct;43(5):391-7. - Evolutonary modifications of molecular structure of ATP-synthase gamma-subunit, Ponomarenko SV.

 

Rotary DNA motors. C. Doering, B. Ermentrout and G. Oster. Center for Nonlinear Studies, Los Alamos National Laboratory, New Mexico 87545, USA.

Antony Crofts. Lecture 10:ATP synthase. Life Sciences of the University of Illinois at Urbana-Champaign

InterPro Database: ATP Synthase

Ectopic β-chain of ATP synthase is an apolipoprotein A-I receptor in hepatic HDL endocytosis. Nature 421, 75-79 (2 January 2003) | doi:10.1038/nature01250.



* Cusquice: Dorion Sagan é filho de Lynn Margulis e Carl Sagan





 

A Origem da Homoquiralidade dos Açucares

A Origem da Homoquiralidade dos Açucares

Um estudo publicado na revista Organic & Biomolecular Chemistry pode explicar a origem dos açúcares na forma D, a única forma encontrada nos organismos vivos.

Os investigadores utilizaram aminoácidos do tipo L (os encontrados nos seres vivos) na catálise da formação de açucares, resultando predominantemente na formação da sua forma D.

Mais um pequeno (e importante) passo na compreensão da origem da vida.

A ciência continua a evoluir e as hipóteses e teorias vão sendo aperfeiçoadas descartadas e reaproveitadas e novas descobertas são feitas quer em laboratório, quer observando a natureza.

A ciência não oferece verdades absolutas, mas sim teorias e hipóteses baseadas na experimentação e na observação, baseadas em evidências. Estas são o que mais se aproxima de uma realidade objectiva sobre eventos não presenciados, sobre os quais se pode teorizar.

Referências:

“British scientists recreate the molecules that gave birth to life itself”, disponível em: http://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-2092494/Life-sweet-New-clue-chemical-origins-sugar-molecules-DNA-recreated-scientists.html

 

A Origem da Homoquiralidade

Os aminoácidos e os açúcares são constituintes básicos dos seres vivos.

Aminoácidos, açucares e nucleótidos já foram produzidos em laboratório em condições semelhantes ás pre-bióticas, bem como a síntese de pequenas moleculas de RNA a partir de e cadeias peptidicas (utilizando catalizadores minerais), mas sempre com uma mistura de formas L e D.  

Quando olhamos para o organismo humano (e para o de qualquer ser vivo), todos os aminoácidos são L, não temos nenhum D. Daí analisamos os açúcares, que também deveriam ter L e D, mas todos são D e nenhum L. No entanto deveríamos sempre encontrar uma mistura dos dois. Não existe (ou não existia) nenhuma explicação lógica, científica para que se privilegiasse uma dessas formas. Como explicar essa separação do D para os aminoácidos e do L para os açúcares na formação de seres vivos?

A sua separação na superfície de cristais foi uma proposta científica que experimentou alguma aceitação. No entanto os cientistas procuram uma explicação mais satisfatória.

A espectrometria de massas é uma técnica de análise instrumental em que se visualiza com precisão o universo molecular. Foi por meio desta que as equipas de Marcos Eberlin (Unicamp - Brasi) e de Robert Cooks (Universidade de Purdue –EUA) realizaram experiências com vários tipos de aminoácidos, nas quais detectaram algo inédito: Perceberam que os L e D se agrupavam naturalmente: os D de um lado, formando uma estrutura cilíndrica, e os L para outro, formando outra estrutura cilíndrica.

O comentário do Dr. Eberlin: “Foi bastante interessante, pois nunca se pensou que esse processo de separação pudesse ocorrer naturalmente". A propósito deste comentário, devo remeter para o facto deste cientista negar a evolução e a abiogénese, preferindo acreditar que fomos criados por deus a partir do barro, mas não em duendes (bastante contraditório). Nunca se pensou? Ainda antes de saber que isto já tinha sido observado eu já pensava nessa possibilidade, porque sei que tudo tem uma explicação natural, portanto, leia-se: ele não, porque antes pensava que tinha sido deus a separá-los enquanto nos ia esculpindo em barro. Já estou a ver que não são precisos os teóricos da evolução para refutar os criacionistas – eles encarregam-se de dizer o disparate e depois de o refutar.

O professor Eberlin descobre como os processos que nos deram origem ocorrem naturalmente, mas continua a ser criacionista. Lindo…

De qualquer modo, mais uma vitória para a ciência (naturalista por definição).

 

Referências:

"A assinatura química de deus" (Jornal da Unicamp). Disponível em:

http://www.unicamp.br/unicamp/unicamp_hoje/ju/setembro2002/unihoje_ju189pag12.html

A Origem do Big Bang e as Partículas Virtuais II

Numa entrevista á revista Época

(http://revistaepoca.globo.com/ideias/noticia/2012/04/lawrence-krauss-deus-se-tornou-redundante.html)

Lawrence Krauss explica que em determinadas condições, as partículas virtuais não precisariam necessariamente desaparecer. Elas poderiam não só continuar a existir, como multiplicar-se, dando origem a um big bang e a um novo universo em expansão. Para Krauss, a evidência de que isso pode ter sido realmente o caso da origem de nosso Universo é um feito notável.

A formação de particulas também ocorre nas colisões em aceleradores de partículas, que podem ser utilizadas para simular o Big Bang.

A causa da existência do Universo é a formação de particulas virtuais e a sua multiplicação. Ao que parece o apelo ao argumento da ignorância, mais conhecido por deus das lacunas, já não pode ser aplicado. Sim, o universo tem uma causa: a formação espontânea de particulas virtuais e a sua multiplicação. Pode haver quem não queira aceitar este facto com uma causa, então, nesse caso terá que afirmar que o universo não teve uma causa, porque o que foi referido aqui foi o que ocorreu e ocorreu naturalmente, como ainda hoje ocorre. 

Na mesma entrevista, Lawrence Krauss afirmou que a partir das particulas virtuais poderiam ter sido originados vários universos, viveriamos num multiverso (é possivel que o nosso universo não seja o único) - 10 pontos para a série 'Fringe'.

O físico afirma também que ninguém precisa de ser um especialista em cosmologia para apreciar o panorama do surgimento e da evolução do Universo, da mesma forma que não é preciso ser músico para apreciar a música de Bach. Qualquer pessoa com uma inteligencia mediana é capaz de compreender que o universo se originou a partir de particulas virtuais e aceitar esse facto, desde que tenha acesso a informação esclarecedora e que não seja religiosa.

E aqui fica uma versão legendada da palestra de Krauss (torna-se bastante mais perceptível com legendas):

 

Selecção Natural, Mutações e Gradualismo

A selecção natural limita o espaço de pesquisa: uma mutação aleatória surge e é favorecida ou destituída pela selecção.

 

Pode ainda ocorrer a acumulação (e/ou desaparecimento) de mutações (evolutivamente neutras) ao acaso, que mais tarde são seleccionadas, ou então, estas são acumuladas devido ao efeito de outras mutações na adaptação do organismo.

 

A selecção natural pode actuar sobre qualquer elemento que esteja sujeito a modificações e se possa replicar, sem que para isso este tenha que ser designado ser vivo. Um exemplo é a molécula auto-replicadora de RNA que evoluiu em laboratório.

 

Existe ainda uma variante da selecção natural (em seres com reprodução sexuada) que pode basear-se simplesmente na atracção dos indivíduos do sexo oposto por certas características (ex: a cor, as feromonas) - chama-se selecção sexual.

 

Vários têm utilizado argumentos probabilísticos para lançar a dúvida sobre as teorias científicas sobre a origem e evolução da vida. Normalmente estes não contemplam certos factos que podem ter influência nos cálculos.  

 

Um dos problemas relacionado com os cálculos de probabilidades relativos a este assunto é o facto da sequência de determinada proteína não ser ‘obrigatoriamente aquela’ – alguns aminoácidos possuem propriedades semelhantes, determinada proteína tem várias sequências possíveis.

 

As proteínas e genes foram sendo modificados por um processo incremental (gradual), em sequência e não todos ‘de uma vez’ – corrijo um erro relativo a um texto anterior: (http://allthatmattersmaddy32.blogspot.com/2012/09/evolucao-quimica-e-probabilidades.html) (está corrigido). A falácia de Hoyle (note-se que este era adepto da hipótese da panspermia e não do criacionismo) é um exemplo destes erros de raciocínio.

 

Os criacionistas ‘roubaram’ a falácia do argumento probabilístico a Sir Fred Hoyle, apesar de este não ser criacionista. Pergunto-me se não lhes bastam os seus próprios ‘epic fails’, porque, pelos vistos, não contentes com os seus têm que roubar os dos outros.

Evolução da Complexidade: Teoria Endossimbiótica

O processo de endossimbiose (incorporação de bacterias e estabelecimento da relação simbiótica), que inclui a evolução de sistemas de transporte complexos, perdas e ganhos de intrões e de genes, tem-se demonstrado dificil de solucionar. No entanto alguns estudos foram bem sucedidos.

Talvez as primeiras transferencias tivessem sido semelhantes ás transferencias horizontais que actualmente se observam e que trazem bastante vantagem (Ex.: entre bactérias e entre humanos e o parasita da malária). Os mecanismos regulatórios teriam evoluido posteriormente a partir de percursores ou existriam antes condições para que tal acontecesse. Estas modificações claramente conferiram vantagem evolutiva. Já existem estudos que confirmam que as proteinas envolvidas no transporte nucleo-mitocondria evoluiram de proteínas pre-esxistentes que teriam funções diferentes (http://allthatmattersmaddy32.blogspot.com/2012/09/evolucao-de-maquinas-moleculares.html).

Passar de genomas que têm intrões a genomas que não têm, não é dificil de encaixar na Teoria Endossimbiótica. Bacterias perderem genes em fenomenos de transferencia não é assim tão estranho.

O contrário, o aparecimento de intrões é estranho mas estes poderiam vir do nucleo ou ainda de outro simbionte que teria sido incorporado. Um exemplo de transferência horizontal com ganho de intrões por uma das partes é a transferência de intrões do grupo II das mitocôndrias para a Chattonella. Quanto á perda de intrões pela mitocondria, comparando as estruturas intrónicas e exónicas de 64 genes derivados de mitocôndrias, transferidos para o nucleo, pode-se refazer a história do ganho de intrões no núcleo (e perda na mitocondria) – e isto já foi feito.

Além de tudo isto, neste raciocinio é apenas considerada a teoria dos ‘intrões tarde’ – as primeiras bacterias não teriam intrões, que não é a única com evidências a seu favor. Há que considerar a teoria dos ‘intrões cedo’ – as primeiras bactérias teriam intrões e os intrões a partir daí, teriam sido perdidos e/ou ganhos, ou não teriam sido perdidos de todo.

O cenário da origem e evolução dos intrões, mais compatível com os resultados de genómica comparativa e considerações teóricas é o seguinte: intrões capazes de auto-splicing desde os primeiros estágios da evolução da vida – intrões invadiram genes emergentes durante eukaryogenesis, perdas e ganhos de intrões. A invasão por intrões, provavelmente, provocada pela endossimbionte mitocondrial, pode ter criticamente contribuiu para o aparecimento das características da célula eucariótica.

Relativamente a certas proteínas do complexo TOM (tom70), o caso já foi estudado, comprando com cianobacterias – e em principio a sua origem estaria nas cianobacterias e conseguiram ainda relacionar a tom40 com uma proteína semelhante em bacterias.
As transportadoras IM entram na mitocôndria através da proteína porosa Tom40, auxiliadas por um receptor Tom70, chaperona periplasmica e do complexo proteico Tim22.

A proteína Tom40 evolui suficientemente devagar para os homólogos serem detectados no interior do núcleo, mas não para identificação inequívoca de um ancestral procarionte. Estudos sugerem que esta evoluiu a partir de uma proteína do tipo β-barrel (poro) de uma proteobacteria, que secreta proteínas do pilus e usa chaperonas periplásmicas.

O complexo TIM22 apresenta alguma homologia com a proteina de membrana importadora de leucina de proteobacterias, LivH, o que confirma a sua origem bacteriana.

Referências:

Biochim Biophys Acta. 2010 Jun-Jul;1797(6-7):1292-9. Epub 2010 May 5. – Structure and evolution of mitochondrial outer membrane proteins of beta-barrel topology, Zeth K.

Proc Biol Sci. 2006 August 7; 273(1596): 1943–1952.  – Origin of mitochondria by intracellular enslavement of a photosynthetic purple bacterium, Thomas Cavalier-Smith

 

Protist. 2009 Aug;160(3):364-75. Epub 2009 Apr 5. - Mitochondrial group II introns in the raphidophycean flagellate Chattonella spp. suggest a diatom-to-Chattonella lateral group II intron transfer, Kamikawa R, Masuda I, et al

 

BMC Evol Biol. 2010 Feb 23;10:57 – Evolution  of spliceosomal introns following endosymbiotic gene transfer, Ahmadinejad N, Dagan T, et al

 

Biol Direct. 2006 Aug 14;1:22 - The origin of introns and their role in eukaryogenesis: a compromise solution to the introns-early versus introns-late debate?, Koonin EV.