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Os ombros gigantes de Carl Woese

por em 15/10/2018 em Ciência, Notícias | Nenhum comentário

Os ombros gigantes de Carl Woese

Na época em que estava fazendo faculdade de biologia, lembro que adorava ver insetos, escorpiões e tinha um carinho especial por sapos. Gostava de tentar classificar esses animais. Bom, com essas habilidades eu não era muito popular, mesmo assim gostava de gastar um tempo com isso.

Foi nessa é época que conheci um pesquisador e fiquei com um pouco de raiva de suas ideias/descobertas. Quem ele pensava que era pra mudar a classificação dos seres vivos. Tudo já estava dividido em 5 reinos, como o monera, protista, fungos, plantas e animais. Tá certo que esse sistema tem várias incoerências e imprecisões, mas era fácil de entender e passar pra outro sistema com certeza causaria dor. Como assim passar de 5 Reinos para 3 Domínios?! Esse cara só podia estar maluco!

Depois de estudar e compreender melhor as ideias desse sujeito percebi o quanto o nosso ensino em biologia está desatualizado. Na faculdade sequer estudei o tal cientista em alguma matéria da grade regular. Descobri o cara em passeios pela biblioteca e em ideias trocadas com outros nerds da biologia no fim dos anos 90.

Dando aulas de ciências e biologia, não encontrei nenhum livro didático que rompesse com o sistema dos 5 Reinos. Às vezes, apenas um texto acessório falando do sistema de domínios.

Mas quem é o tal cientista e o que ele fez?

Carl Woese foi um dos maiores microbiologistas do século XX.  Ele mudou a maneira como entendemos os seres vivos usando as ferramentas da biologia molecular e a filogenética. No decorrer de seu trabalho:

  • Ele estabeleceu métodos moleculares precisos para determinar as relações filogenéticas;
  • Ele descobriu um novo tipo de célula;
  • Ele tornou possível entender as relações entre procariontes (bactérias e archaea) e eucariontes.

Qualquer uma dessas realizações seria extraordinária. Ao todo, elas fazem de Woese a figura mais notável na compreensão da diversidade da vida em mais de um século.

A relação de Carl Woese com a taxonomia derivou de seu interesse no processo de decodificação do RNA mensageiro entre sequências de DNA no genoma e sequências de aminoácidos em proteínas. Em todas as células vivas, essa decodificação ocorre em uma organela chamada ribossomo. A organela recebeu esse nome porque tem cerca de 50% de ácido ribonucleico, ou como conhecemos melhor, de RNA ribossômico.

Cada vez mais voltando sua atenção para questões evolutivas na década de 1970, Carl percebeu que o ribossomo seria uma boa base para o estabelecimento de filogenias. Todos os organismos os têm. Eles realizam uma tarefa central essencial para a reprodução celular (e, portanto, são limitados em quanto eles podem mudar a estrutura), e existem semelhanças claras entre os ribossomos dos organismos menores e maiores.

Organismos pequenos sem um núcleo definido são chamados de “procariontes”. Eles têm ribossomos de tamanho 70S com duas subunidades de tamanho 30S e 50S (todas em unidades S ou “Svedberg”, nomeadas em homenagem a um biofísico sueco). Organismos grandes com um núcleo definido são chamados de “eucariontes” e possuem ribossomos de tamanho 80S com subunidades correspondentes de tamanho 40S e 60S.

Uma característica particular tornou os ribossomos especialmente atraentes para estudos moleculares há 40 anos. Como o ribossomo é onde os aminoácidos são unidos para produzir proteínas, eles são abundantes em todas as células (em alguns casos, metade da massa total da célula). Assim, é fácil obter moléculas de RNA ribossomal de todo o material biológico.

Assim, Woese e seus colegas escolheram o RNA da pequena subunidade ribossômica como a molécula a ser usada como marcador filogenético. Eles desenvolveram métodos para identificar diferenças na sequência de RNA.

Quando eles fizeram sua análise inicial de RNA de pequenas subunidades ribossômicas, eles tiveram uma grande surpresa.

A surpresa foi que não havia apenas dois grupos de sequências, distinguindo o RNA 16S dos procariontes do RNA 18S dos eucariotos. Houve uma segunda classe de RNA 16S de um grupo de procariontes que produzem metano durante o crescimento.

Os produtores de metano eram apenas uma massa de seres vivos discrepantes ou representavam um grupo maior de organismos evolutivamente distintos?

Quando os RNAs ribossômicos de mais procariotos foram analisados, surgiu um grupo de procariontes semelhantes aos produtores de metano. Muitas vezes, estes foram isolados de ambientes extremos (águas altamente salgadas, fontes termais). O RNA ribossômico deste grupo era claramente distinto daquele das bactérias e também eucariotas.

As filogenias de RNA indicaram que havia três tipos de células, e não duas como se acreditava anteriormente. A evidência de RNA ribossômico foi rapidamente reforçada ao descobrir que esses procariontes excepcionais tinham lipídios diferentes em suas membranas de bactérias e eucariotos e diferentes paredes celulares de bactérias. Eles eram claramente um novo e diferente tipo de célula.

Eles pareciam viver principalmente em ambientes extremos, esses organismos procariontes inesperados se assemelhavam às células dos primeiros estágios da história da Terra e foram chamados de “arqueobactérias” (bactérias antigas). Agora sabemos que esses organismos são encontrados em praticamente todos os ambientes, mas o nome já tinha se popularizado. Agora eles são chamados de Archaea, embora não tenhamos evidências de que eles sejam mais antigos que as bactérias e os eucariontes, os outros dois grupos de células.

Descobrir um novo tipo de célula, uma nova forma de vida, não era uma questão trivial nos anos 1970, quando algumas pessoas acreditavam que praticamente todos os segredos da biologia molecular haviam sido revelados. A descoberta de Woese foi inicialmente aceita mais prontamente por cientistas alemães do que por americanos. Os alemães fizeram um trabalho crítico, caracterizando a bioquímica de células de Archaea e solidificando sua posição como um terceiro tipo de célula.

As implicações evolucionárias das descobertas de Woese foram revolucionárias.

O uso do RNA ribossômico como marcador possibilitou a confirmação do status das mitocôndrias e dos cloroplastos em células eucarióticas como descendentes de bactérias de vida livre. Esse resultado confirmou a hipótese endossimbiótica para a origem dessas organelas e estabeleceu a simbiogênese como uma força importante na evolução.

A descoberta inesperada de um novo tipo de célula, nos anos 70, fez com que todas as nossas suposições sobre a natureza da vida precoce fossem questionadas. Agora era possível supor que outros tipos de células já existiram, mas foram extintas sem deixar evidências fósseis de sua presença. Talvez eles tenham desempenhado um papel na evolução dos tipos de células existentes.

O estabelecimento do RNA ribossômico como um dos caracteres moleculares centrais na identificação de espécies possibilitou analisar sequências de DNA e RNA diretamente da natureza e perguntar quantas espécies estão presentes.

Em suma, Carl Woese representou o melhor tipo de cientista. Ele deixou que os dados empíricos o levassem (e ao resto de nós) a lugares que ninguém esperava que fossem. Esse é verdadeiramente o resultado de grandes descobertas.

Referências:

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