A ancestralidade única e comum de todos os seres vivos

Um dos conceitos mais importantes da Teoria da Evolução (TE) é o da ancestralidade comum universal (do inglês “universal common ancestry”, UCA). Tal conceito foi originalmente proposto por Darwin n’A Origem das Espécies,

“all the organic beings which have been lived on this earth have descended from some one primordial form”.

Tal assertiva foi, no mínimo, muito ousada. Para não dizer absurdamente ousada. Mas Darwin teve 25 anos para pensar neste assunto – 5 anos a bordo do Beagle, e mais 20 para escrever seu principal livro. Foi um tempo de reflexão considerável.

Apesar do conceito de UCA ter sido proposto há 150 anos, é amplamente aceito, e é uma das premissas mais importantes da TE. Além de ter sido corroborado inúmeras vezes, se fundamenta também por diversas constatações: (1) pela concordância entre filogenia e biogeografia; (2) bem como entre filogenia e os achados paleontológicos; (3) pelos achados de inúmeros fósseis que foram previstos que seriam encontrados; (4) pela classificação hierárquica de caracteres morfológicos; (5) pelas notáveis similaridades de estruturas biológicas que apresentam diferentes funções (homologias), e; (6) pela congruência constatada entre filogenia morfológica e filogenia molecular.

O conceito de UCA é ainda aceito pelo fato da constituição bioquímica dos seres vivos ser, na sua essência, a mesma: os mesmos açúcares, os mesmos aminoácidos, vários lipídios comuns, bem como seus “polímeros” correspondentes: proteínas, RNA e DNA. A “base bioquímica” da vida é uma forte evidência que esta se desenvolveu a partir de uma ancestralidade comum que deu origem a todos os seres vivos.

Muitas proteínas de organismos completamente diferentes apresentam alto grau de similaridade, a assim chamada homologia protéica (Osvaldo A. S. Filho e Ricardo B. Alencastro explicam o conceito em artigo publicado em português na revista Química Nova). Na homologia protéica, a similaridade na sequência de aminoácidos é verificada experimentalmente. Uma significativa similaridade na sequência de aminoácidos de proteínas de diferentes organismos vivos pode surgir não somente pela ancestralidade comum, mas também devido à convergência evolutiva associada aos processos de seleção natural, a restrições estruturais que acabam por influenciar a identidade da sequência de aminoácidos, bem como determinadas tendências nas mutações e até mesmo o acaso.

Até mesmo céticos que duvidam da UCA têm que admitir que proteínas universalmente conservadas, presentes em quase todas as classes de seres vivos, apresentam sequências muito similares, homólogas (homologia no sentido se similaridade estrutural devido à fidelidade ao arquétipo a partir do qual tiveram origem). Levando-se em conta que é possível se quantificar o grau de similaridade, ou homologia, entre proteínas, também é possível, a partir de uma tal quantificação, verificar o grau de homologia entre proteínas considerando-se o conceito UCA ou uma ancestralidade múltipla.

Esta foi a idéia de Douglas L. Theobald (Departamento de Bioquímica, Brandeis University).

Utilizando a teoria de seleção de modelos (TSM, do inglês, model selection theory), Theobald testou o conceito UCA sem assumir que a similaridade de sequência de aminoácidos em proteínas indicava uma relação genealógica. A TSM provê métodos para identificar uma possível hipótese como sendo a que melhor explica determinados dados experimentais. Para tanto, deve-se levar em conta que, quando diferentes modelos científicos podem ser empregados para uma determinada análise, dois fatores opostos devem ser considerados: concordância com os dados experimentais e parcimônia. A concordância de um modelo de análise com dados experimentais pode ser arbitrariamente melhorado ao se aumentar o número de parâmetros a serem considerados. Porém, tal procedimento carrega um problema intrínseco, que é o de aumentar sobremaneira a complexidade da análise. Por isso a parcimônia: quanto mais simples a análise dos dados, melhor.

Os métodos de seleção de modelos levam ambos fatores em consideração, e fornecem meios de balanceá-los estatisticamente, de maneira a encontrar uma hipótese que explique os dados ao mesmo tempo da maneira mais acurada e mais precisa. O uso de tais métodos permite a quantificação das evidências contra e a favor de modelos competidores (ou seja, que podem explicar o mesmo conjunto de dados, cada um de uma maneira diferente). Theobald aplicou três métodos de seleção de modelos para testar o conceito de UCA (LLR, log likelihood ratio; AIC, Akaike information criterion, e; LBF, log Bayes factor).

Utilizando os três modelos, Theobald analisou se os três domínios da vida na Terra, Eukarya (os eucariontes, organismos vivos com organelas diferenciadas com membranas), Bacteria (bactérias em geral, que são procariontes, ou seja, não apresentam organelas celulares diferenciadas) e Archaea (micro-organismos diferentes das bactérias, pertencentes a um grupo totalmente distinto), para ver se estes são melhor descritos de maneira relacionada, com uma ancestralidade comum (UCA), ou se estes três domínios da vida surgiram de maneira independente e paralela.

Theobald utilizou as seguintes premissas para sua análise:

a) sequências de proteínas mudam com o passar do tempo, através da substituição de aminoácidos de maneira gradual, que pode ser descrita com uma matriz 20 x 20 (uma vez que nas proteínas são observados 20 aminoácidos essenciais) definida por certas frequências equilibradas de aminoácidos e uma matriz simétrica de trocas de aminoácidos;

b) que novos genes geneticamente relacionados são gerados por duplicação durante a especiação em bifurcações ou duplicação de genes, e;

c) que substituições de aminoácidos não estão relacionadas em linhagens de organismos diferentes nem em sítios protéicos específicos.
Os testes de seleção de modelos avaliam como tais premissas explicam os dados experimentais obtidos quando se postula que vários sub-conjuntos de grupos taxonômicos e proteínas apresentam uma ancestralidade comum.

O que é interessante é que o conceito UCA possibilita uma origem múltipla para a origem da vida. Assim, se a vida teve vários “inícios”, necessariamente devem ter ocorrido sérias restrições ao longo da história evolutiva para que somente os organismos vivos resultantes de um único grupo destas origens tenham sobrevivido. Os outros se extinguiram. Uma outra explicação seria que múltiplas populações, com origens separadas e independentes, adquiriram capacidade de compartilhar material genético de maneira convergente, e consequentemente se tornaram uma única espécie, antes de divergir novamente.

Todos os modelos examinados por Theobald são compatíveis com origens múltiplas e independentes, de acordo com qualquer uma das duas hipóteses. Os testes foram aplicados para se discriminar entre uma ancestralidade múltipla e uma ancestralidade comum universal (UCA).

Porém, não se analisou uma origem da vida única ou múltipla. Tampouco se considera a UCA como sendo de um único organismo, ou indivíduo. Na verdade, a ancestralidade comum universal se refere à de um grupo ancestral único. Ou a uma popula

Discussão - 13 comentários

  1. Roberto Berlinck disse:

    Caros leitores,
    Depois da postagem, tomei conhecimento do artigo citado a seguir e, de maneira a esclarecer minhas próprias dúvidas sobre este assunto, do qual não sou especialista, escrevi ao Professor Douglas Theobald, autor do artigo comentado na postagem acima. Perguntei a ele se conhecia o artigo em questão (não citado por ele), que parecia, a meu ver, contradizer as conclusões à que ele (Prof. Theobald) tinha chegado.
    E. Bapteste, E. Susko, J. Leigh, D. MacLeod, R.L. Charlebois, and W.F. Doolittle, Do orthologous gene phylogenies really support tree-thinking?, BMC Evolutionary Biology 2005, 5:33. (http://www.biomedcentral.com/1471-2148/5/33)
    Muito gentilmente, me respondeu
    Yes, I am familiar with the article, and I actually referenced Doolittle’s other, similar work. My results do not contradict Doolittle’s conclusions in this paper — in fact, my results can be interpreted as supporting his conclusions. The point of my paper is *not* that one tree of life is correct — rather, the point is that all modern species have a shared genetic ancestry. The “tree of life” hypothesis is a separate issue from the common ancestry hypothesis. For instance, Doolittle writes:
    “We (some of us) do doubt that there ever was a single universal common ancestor (a last universal common ancestor or LUCA), if by that is meant a single cell whose genome harboured predecessors of all the genes to be found in all the genomes of all cells alive today. But this does not mean that life lacks ‘universal common ancestry’ — no more than the fact that mitochondrial DNA and Y-chromosome phylogenies do not trace back to a single conjugal couple named Eve and Adam whose loins bore all the genes we humans share today means that members of Homo sapiens lack common ancestry (Hein 2004).”
    Doolittle. “The practice of classification and the theory of evolution, and what the demise of Charles Darwin’s tree of life hypothesis means for both of them.” Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences (2009) 364 (1527):2221.
    Also, in my paper I write:
    “Overall, the model selection tests show that the class II models are greatly preferred to the class I models. ”
    As you may recall, the class II models are the models that reject a single “tree of life” model for evolution. However, one must be careful in this interpretation, as I also point out:
    “The optimal class II models represent an upper limit to the degree of HGT, as many of the apparent reticulations are probably due to incomplete lineage sorting, hidden paralogy, recombination, or inaccuracies in the evolutionary models. Nonetheless, as with the class I non-HGT hypotheses, all model selection criteria unequivocally support a single common genetic ancestry for all taxa. ”

  2. A questão da ancestralidade em comum é de fato uma importantíssima na teoria da evolução biológica. Mas não a ancestralidade em comum *universal*.
    A teoria da evolução não seria afetada se vários eventos independentes tivessem dado origem a diversos grupos de organismos atuais.
    []s,
    Roberto Takata

  3. Sibele disse:

    Muito original o desenho de pesquisa de Theobald, testando o UCA através da bioquímica. E pensar que Darwin vislumbrou essa hipótese apenas com observações e conjecturas há 150 anos…
    E obrigada, Roberto, pelo acréscimo da resposta do próprio Theobald aqui. Realmente, a Ciência está deixando de ser uma atividade envolvida em “sombras”, com seus “colégios invisíveis” passando estes a ser bem visíveis através de blogs de divulgação científica!
    Outra coisa que achei interessante foi deparar com duas referências do Philosophical Transactions aqui. Este é o periódico científico de língua anglófona mais antigo da história, publicado desde 1665. E ainda ativo, como demonstram essas referências.

  4. Roberto disse:

    Caro Takata,
    O que foi dito é que o conceito de UCA (ancestralidade comum universal) foi confirmado para explicar a história da evolução. E não que a teoria da evolução seria afetada caso este conceito não fosse confirmado. Na verdade, o próprio Theobald deixa isso claro no seu artigo, e considerou as duas hipóteses como sendo igualmente plausíveis pela sua análise. Porém, o conceito de UCA, que é muito aceito, de maneira praticamente consensual (segundo o próprio autor) foi confirmado.
    []s, Roberto Berlinck

  5. Roberto disse:

    Oi Sibele,
    Este artigo é relativamente complexo, e me custou algumas horas de leitura e entendimento. Tive que tentar deixar a matemática de lado, para não torná-lo por demais complexo para o leitor. Mesmo assim, o texto da postagem ficou muito longo (no meu ver), por eu querer contar a história nos seus detalhes.
    Confesso que achei a abordagem de Theobald bem interessante. E aposto minhas fichas que em um ano este trabalho vai ser mais citado do que o outro, que eu comentei na postagem “O que faz um artigo científico ser um bom artigo científico?”.
    Tudo de bom,
    Roberto

  6. Sibele disse:

    Roberto,
    então só podemos agradecer-lhe muito por esse incrível esforço em procurar traduzir aqui um tema complexo em linguagem acessível e inteligível a nós, leigos.
    Sim, esse post ficou um pouco longo – mas está longe de ser monótono e desinteressante, muito pelo contrário! Parabéns!
    E vou conferir o post indicado! Daqui a um ano nós verificamos as citações dos artigos referenciados nos dois posts e vemos quem ganhou a parada, topa? 😀

  7. Roberto disse:

    Fechado. Se este artigo tiver mais do que 40 citações, eu ganho. Se não, você ganha. O que, eu não sei, mas tá apostado.

  8. Sibele disse:

    O quê? Um livro! Obaaa!!!
    Alea jacta est! \o/

  9. Roberto disse:

    OK, você leu meus pensamentos. Só não pode ser o “Muito Além de Darwin”, do Reinaldo, senão este cara vai ficar rico às nossas custas 😉
    Sugestões?

  10. Sibele disse:

    Bem, o Indy realmente precisa me desculpar – eu sei que ele só quer garantir o leitinho do Miguelito, mas eu já tenho o ótimo “Além de Darwin”, então…
    Algumas sugestões:
    JAPIASSU, Hilton. Ciência e destino humano. Rio de Janeiro: Imago, 2005.
    JAPIASSU, Hilton. As paixões da Ciência. São Paulo: Letras e Letras, 1999.
    SIMAAN, Arkan; FONTAINE, Joelle. A imagem do mundo. São Paulo: Cia das Letras, 2003.
    E você, sugere algum?

  11. Roberto disse:

    Pode escolher.

  12. Sibele disse:

    Qualquer um deles! 🙂

  13. […] O conceito de UCA é ainda aceito pelo fato da constituição bioquímica dos seres vivos ser, na sua essência, a mesma: os mesmos açúcares, os mesmos aminoácidos, vários lipídios comuns, bem como seus “polímeros” correspondentes: proteínas, RNA e DNA. A “base bioquímica” da vida é uma forte evidência que esta se desenvolveu a partir de uma ancestralidade comum que deu origem a todos os seres vivos. [ScienceBlogs] […]

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