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A relação entre a vida e o ambiente que ela habita contém muitas pistas sobre como o planeta se tornou habitável ao longo dos anos. A habitabilidade planetária é fortemente influenciada pela insolação solar e fluxo de radiação de fótons, que acoplam a evolução planetária e estelar à persistência da vida.

Muitos dos registros geoquímicos da Terra estão incompletos. É por isso que existem limitações na reconstrução de fatores planetários e solares que influenciaram a habitabilidade e a co-evolução da vida e seus ambientes.

Em um estudo recente publicado na revista Molecular Biology and Evolution, masu bincike descobriram que os micróbios antigos obtinham energia abundante do sol sem as biomoléculas complexas necessárias para a fotossíntese com a ajuda das proteínas rodopsinas. Eles reconstruíram a evolução da proteína, e esses esforços podem ajudar a reconhecer sinais de vida em outros planetas, cujas atmosferas podem se assemelhar mais ao nosso planeta pré-oxigênio.

Micróbios antigos sem camada de ozônio

Os antigos micróbios, incluindo bactérias e organismos unicelulares chamados archaea, habitavam um planeta principalmente oceânico sem uma camada de ozônio para protegê-los da radiação do sol. Esses micróbios desenvolveram rodopsinas que são proteínas com a capacidade de transformar a luz solar em energia e depois usá-las para alimentar processos celulares.

“Na Terra primitiva, a energia pode ter sido muito escassa. Bactérias e arqueas descobriram como usar a energia abundante do sol sem as biomoléculas complexas necessárias para a fotossíntese”, disse o astrobiólogo da UC Riverside Edward Schwieterman, coautor de um estudo que descreve a pesquisa.

)Significado das rodopsinas

    As rodopsinas estão relacionadas a bastonetes e cones nos olhos humanos que nos permitem distinguir entre claro e escuro e ver cores. Eles também são amplamente distribuídos entre organismos modernos e ambientes como lagoas de sal, que apresentam um arco-íris de cores vibrantes.

    “As proteínas fotossensíveis são intermediários-chave que conectam estados químicos intracelulares, disponibilidade de substrato extracelular e irradiância solar . Essas biomoléculas constituem um sistema promissor para rastrear parâmetros físicos antigos que não são registrados diretamente no registro geológico. Todos os metabolismos fototróficos conhecidos na Terra dependem de um dos três pigmentos conversores de energia que transformam a energia luminosa em energia química. Esses pigmentos incluem clorofilas, bacterioclorofilas e retinal. Proteínas de pigmento à base de retina, conhecidas como rodopsinas, foram encontradas em Archaea, Bacteria, Eukarya e vírus gigantes.” O estudo menciona.

    Os masu bincike usaram aprendizado de máquina para analisar sequências de proteínas de rodopsina de todo o mundo e acompanharam como elas evoluíram ao longo do tempo. Então, eles criaram um tipo de árvore genealógica que lhes permitiu reconstruir rodopsinas de 2,5 a 4 bilhões de anos atrás e as condições que eles provavelmente enfrentaram.

    “A vida como a conhecemos é tanto uma expressão das condições do nosso planeta como é da própria vida. Ressuscitamos sequências de DNA antigas de uma molécula, e isso nos permitiu ligar à biologia e ao meio ambiente do passado”, disse a astrobióloga da Universidade de Wisconsin-Madison e líder do estudo Betul Kacar.

    “É como levando o DNA de muitos netos para reproduzir o DNA de seus avós. Só que não são avós, mas pequenas coisas que viveram bilhões de anos atrás, em todo o mundo”, disse Schwieterman.

    As rodopsinas modernas absorvem luz azul, verde, amarela e laranja e podem parecer rosa , roxo ou vermelho em virtude da luz não são pigmentos absorventes ou complementares. No entanto, de acordo com as reconstruções da equipe, as rodopsinas antigas foram ajustadas para absorver principalmente a luz azul e verde.

    Como a Terra antiga ainda não tinha o benefício de uma camada de ozônio, a equipe de pesquisa teoriza que bilhões de micróbios de anos de idade viviam muitos metros abaixo na coluna de água para se proteger da intensa radiação UVB na superfície.

    A luz azul e verde penetra melhor na água, então é provável que as primeiras rodopsinas tenham absorvido principalmente essas cores. “Esta pode ser a melhor combinação de estar protegido e ainda ser capaz de absorver luz para obter energia”, disse Schwieterman.

    Após o Grande Evento de Oxidação, há mais de 2 bilhões de anos, a atmosfera da Terra começou a experimentar um aumento na quantidade de oxigênio. Oxigênio e ozônio adicionais na atmosfera fizeram com que as rodopsinas evoluíssem para absorver cores adicionais de luz.

    As rodopsinas hoje são capazes de absorver cores de luz que os pigmentos de clorofila nas plantas não conseguem. Embora representem mecanismos de captura de luz completamente independentes e independentes, eles absorvem áreas complementares do espectro.

    “Isso sugere coevolução, em que um grupo de organismos está explorando a luz não absorvida pelo outro, “, disse Schwieterman. “Isso pode ter acontecido porque as rodopsinas se desenvolveram primeiro e filtraram a luz verde, então as clorofilas se desenvolveram mais tarde para absorver o resto. Ou poderia ter acontecido o contrário.”

    A equipe espera ressuscitar rodopsinas modelo em um laboratório usando técnicas de biologia sintética.

    “Nós projetamos o antigo DNA dentro de genomas modernos e reprogramar os insetos para se comportarem como acreditamos que eles fizeram milhões de anos atrás. A rodopsina é uma ótima candidata para estudos de viagem no tempo em laboratório”, disse Kacar.

    Em última análise, a equipe está satisfeita com as possibilidades de pesquisa abertas pelas técnicas que usaram para este estudo.

    Limitação de estudo

      Uma vez que outros sinais de vida do passado geológico profundo precisam ser preservados fisicamente e apenas algumas moléculas são passíveis de preservação a longo prazo, há muitos aspectos da história da vida que não foram acessíveis aos masu bincike ya zuwa yanzu.

      Muhimmancin karatun

      “Nosso estudo demonstra pela primeira vez que as histórias comportamentais das enzimas são passíveis de reconstrução evolutiva de maneiras que as bioassinaturas moleculares convencionais não são”, disse Kacar.

      A equipe espera que sua pesquisa possa ajudar a procurar sinais de vida em outros planetas.

      “A Terra primitiva é um ambiente alienígena comparado ao nosso mundo hoje. Compreender como os organismos aqui mudaram com o tempo e em diferentes ambientes vai nos ensinar coisas cruciais sobre como procurar e reconhecer a vida em outros lugares”, disse Schwieterman.

      Maganar jarida

        Cathryn D. Sephus, Evrim Fer, Amanda K. Garcia, Zachary R. Adam, Edward W. Schwieterman, Betul Kacar. Os primeiros nichos da zona fótica sondados por rodopsinas microbianas ancestrais. Biologia Molecular e Evolução, Volume 39, Edição 5, Maio de 2022, msac100, DOI: 10.1093/molbev/msac100

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