NASA alerta: "Lifeforms estrangeiro pode ser mais complexa do que o previsto"

"Devemos estar conscientes de que, no entanto, podem ser codificados, as formas de vida são susceptíveis de ter diferenciado em outros mundos", diz Frank Rosenzweig, geneticista evolutivo da Universidade de Montana . "Portanto, devemos estar alerta para as assinaturas deixadas por estes formas mais complexas de vida ".

Quando astrobiologists contemplar a vida em planetas ou luas próximas, muitas vezes eles sugerem como a vida seria simples. Em vez de haver algum tipo de organismo multicelular, digamos, lua de Júpiter Europa, os cientistas em vez procuram encontrar algo mais parecido com um micróbio. Mas a partir de tal vida simples, as formas de vida mais complexas poderia, eventualmente, vir a ser. Foi o que aconteceu aqui no planeta Terra, e isso é o que poderia acontecer em outros locais também. Como é que a química evoluir para conseguir a vida para onde estamos hoje? Que transições ocorreu?

Rosenzweig está a estudar estas questões ao longo dos próximos cinco anos, com financiamento do Instituto de Astrobiologia da NASA . Seus estudos de laboratório como a vida evolui "traços complexos", fatores que influenciam tudo, de vida útil para a biodiversidade.

"Ao longo da minha carreira, eu estive interessado no que são as bases genéticas da adaptação e como comunidades complexas evoluem a partir de clones de solteiro", disse Rosenzweig. "Relacionado com estas questões são outros, tais como como fazer a genética 'ponto de partida' e influência cenário ecológico o ritmo e trajetória de mudança evolutiva."

Vida complexa só é conhecida por existir na Terra, mas os cientistas não estão a par de outros locais do Sistema Solar. A nossa compreensão da evolução da vida poderia ser informado através do estudo da Saturnian lua Titã , cuja química hidrocarboneto é considerado um precursor de um sistema vivo. Pesquisadores recentemente tentou replicar uma substância na atmosfera chamado tholins de Titã, que são aerossóis orgânicos criados a partir de radiação solar que atingem a atmosfera de metano e nitrogênio.

Áreas que estudam como a Titan, uma das luas de Saturno (em primeiro plano) pode dar aos pesquisadores idéias sobre como a química, eventualmente, criou a vida.

Entender como tholins e outras substâncias são formadas em Titã poderia dar aos pesquisadores uma imagem de como a Terra primitiva evoluiu vida. Além disso, estudar como as formas de vida e seus precursores bioquímicos terrestres evoluíram a partir de subunidades simples para sucessivamente sistemas mais complexos e interdependentes poderia dar dicas de como a vida pode evoluir em outras luas ou planetas.

Na Terra, exemplos dessas transições incluem coleções de proteínas individuais evoluindo para redes de proteína. Por exemplo, as bactérias unicelulares evoluir para células eucarióticas que contêm dois, ou mesmo três genomas. Além disso, os micróbios concorrentes se unem para formar sistemas de cooperativas, tais como tapetes microbianos em fontes termais e biofilmes microbianos que revestem o intestino humano. Cada uma dessas transições resulta em aumento da bio-complexidade, interdependência e um certo grau de autonomia para um totalmente novo que é mais do que a soma de suas partes.

"Não há, e ainda precisa de ser um monte de trabalho feito em evolução química, prebiótico (pré-vida) evolução, ambientes extremos e bio-assinaturas", disse Rosenzweig. "Pareceu-me que pode valer a pena tentar convencer NASA para adicionar ao seu portfólio de pesquisa um conjunto de propostas voltadas para a compreensão da base genética grandes transições evolutivas subjacentes que levaram a complexidade de ordem superior".

Como tal, uma nova pesquisa de Rosenzweig vai se concentrar em quatro áreas em que um sistema complexo tem surgido a partir de elementos mais simples: metabolismo, a célula eucariótica, mutualismo (espécie de co-operativos) e multicelulares. Ele também vai olhar para uma quinta área - mutações e interações entre genes - que criticamente determina a rapidez com tais sistemas complexos podem surgir. Ele acredita que as experiências de laboratório que visam replicar aspectos-chave da evolução da vida na Terra pode informar melhor como nós procurar em locais favoráveis ​​à vida em Marte, Europa, lua de Saturno, Titã, ou em outro lugar.

Rosenzweig planeja ter oito equipes diferentes com foco em questões de evolução e mudanças de simples a vida mais complexa.Para integrar os resultados experimentais de seus times em um quadro mais amplo, ele recrutou teóricos nas áreas de genética de populações e física estatística.

NASA financiamento anterior de Rosenzweig veio do Exobiology Programa de Biologia e Evolutiva. O primeiro projeto, iniciado em 2007, analisou a forma como o material genético (ou genomas) evoluem em espécies de leveduras que foram cultivadas sob recursos limitados. Um segundo projeto, iniciado em 2010, está investigando como as células fundador em genótipos de E. coli, e do ambiente em que eles evoluem, influenciar a diversidade ea estabilidade das populações subseqüentes.

O primeiro projeto levou a uma descoberta inesperada: o estresse pode aumentar a frequência com que seqüências do genoma são reorganizados. Estresse introduz novas variantes cromossômicas em população da espécie que pode ser benéfico em circunstâncias desafiadoras. De fato, estudos anteriores indicaram que as novas variantes cromossômicas são o estresse resistente. Em 2013, a equipe de Rosenzweig, liderado pela Universidade de Montana professor pesquisador Eugene Kroll, começou a estudar como as culturas de levedura responder à fome.

Esta nova linha de investigação já levou a uma grande publicação intitulada, "reestruturação genoma associadas a fome pode levar ao isolamento reprodutivo em levedura", que foi publicado na revista PLoS One em 2013. Nesse sentido, Kroll e Rosenzweig mostram ainda que a levedura contendo estresse rearranjos genômicos adaptativas se tornar "reprodutivamente isolados" de seus antepassados, o que sugere que, pelo menos em fungos inferiores, isolamento geográfico pode não ser necessária para gerar novas espécies. Um novo projeto através de Exobiologia da Nasa e do Programa de Biologia Evolutiva, concedido Verão de 2014, permitirá à equipa de trazer à tona os mecanismos genéticos que estão por trás de adaptação e isolamento reprodutivo em levedura fome.

Uma característica distintiva desta pesquisa, Rosenzweig observa, é que, enquanto a maioria dos estudos olhar para o desempenho das espécies em ambientes relativamente benignos, a levedura são estudados em condições quase de fome. Este tipo de estresse grave pode ser um análogo mais próximo do que espécies reais enfrentam na natureza como populações geneticamente se adaptar às circunstâncias alteraram drasticamente. Na medida em que a fome pode servir como um sinal para qualquer tipo de stress, a partir de recursos diminuídos para muito alterada temperatura a uma invasão por parte dos concorrentes superiores, os resultados deste estudo devem ter implicações para a vida em outros planetas.

De fato, um dos principais temas que atravessa todas estas investigações é que, ao estudar os processos evolutivos em laboratório, utilizando espécies unicelulares simples, podemos esperar para descobrir as regras que regem o ritmo e trajetória de evolução em qualquer população de entidades auto-replicantes cuja estrutura e função são programadas por moléculas de informação.

"O que eu gostaria colegas pesquisadores Exobiologia de estar alerta para indícios de diferenciação, quer a nível de proteínas diferentes em uma rede metabólica, diferentes genótipos, em uma população de uma determinada espécie, diferentes genomas em uma única célula ou células diferentes um organismo multicelular. Em cada caso, a diferenciação abre a porta não só para a concorrência, mas também a cooperação entre as variantes, permitindo uma divisão de trabalho. ", Disse.

O iamge no topo da página mostra a lua gelada de Saturno Enceladus, que está emergindo como um ponto mais habitáveis ​​além da Terra no Sistema Solar para a vida como a conhecemos.

"Ele tem água líquida, carbono orgânico, nitrogênio [na forma de amônia], e uma fonte de energia", diz Chris McKay, astrobiólogo do Centro de Pesquisa Ames da NASA em Moffett Field, Califórnia. Além da Terra, diz ele, "não há outro ambiente no Sistema Solar onde podemos fazer todas essas reivindicações."

"A possibilidade de água líquida, uma fonte de energia das marés e da observação de produtos químicos (orgânicos ricos em carbono) na pluma de Enceladus fazer o satélite um local de interesse astrobiológicos forte", disse Howett.

Carolyn Porco, diretor de operações de voo e líder da equipe de imagens da sonda Cassini em órbita ao redor de Saturno, descreveu as descobertas de Cassini de temperaturas elevadas na região polar da Lua, bem como uma enorme nuvem de partículas geladas atirando dezenas de milhares de quilômetros no espaço como "o filão principal de todas as descobertas." Análise da pista de gelo, o que inclui quantidades de vapor de água e de rastreamento de materiais orgânicos, como o metano, dióxido de carbono, e propano, sugere que é alimentada por gêiseres em erupção de um bolsão de água salgada dentro da lua.

As descobertas, observou Porco, aponte para a possibilidade de "um ambiente onde a própria vida pode estar mexendo. Devemos sempre descobrir que uma segunda gênese tivesse ocorrido em nosso sistema solar, de forma independente fora da Terra ", acrescentou ela," então eu acho que neste ponto o encanto é quebrado. O teorema de existência foi comprovada, e poderíamos seguramente inferir a partir dele que a vida não foi um erro, mas uma característica do universo em que vivemos, que é comum e tem ocorrido um número impressionante de vezes ".

O Galaxy diário via NASA / Astrobio.net, NASA / ESA Missão Cassini e Saturno / JPL e http://www.nature.com/news/2011/110531/full/news.2011.337.html

Crédito da imagem: / / Instituto de Ciência Espacial da NASA JPL