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 não têm como objectivo 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? O que transições ocorreu?
"Devemos estar conscientes de que, no entanto, podem ser codificados, formas de vida são susceptíveis de ter diferenciado em outros mundos", diz Frank Rosenzweig, geneticista evolutivo na Universidade de Montana. "Portanto, devemos estar alerta para as assinaturas deixadas por estes formas mais complexas de vida ".
Rosenzweig está olhando para essas perguntas 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 é que as comunidades complexas evoluem a partir de clones individuais", disse Rosenzweig. "Relacionado com estas questões são outros, como a genética como fazer 'ponto de partida' e influência cenário ecológico o ritmo e trajetória de mudança evolutiva."
Vida complexa só é conhecida a existir na Terra, mas os cientistas não estão descartando outros locais do Sistema Solar. A nossa compreensão da evolução da vida poderia ser avançada através do estudo da lua de Saturno Titã, cuja química hidrocarboneto é considerado um precursor de um sistema vivo. Pesquisadores recentemente tentou replicar uma substância na atmosfera de Titã chamado tholins, que são criados a partir de aerossóis orgânicos radiação solar que atingem a atmosfera de metano e nitrogênio.
Áreas que estudam como a Titan, uma das luas de Saturno 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 evoluem para células eucarióticas que contêm dois, ou mesmo três genomas. Além disso, os micróbios concorrentes se unem para formar sistemas cooperativos, 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 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 à sua carteira de investigação um conjunto de propostas com foco na 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, onde um sistema complexo tem surgido a partir de elementos mais simples: metabolismo, a célula eucariótica, mutualismo (espécies colaborantes) e multicelularidade. Ele também irá olhar para uma quinta área - mutações e interações gene - que criticamente determina a rapidez com que tais sistemas complexos podem surgir. Ele acredita que experiências de laboratório destinadas a 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 vida simples a mais complexa.Para integrar os resultados experimentais dos 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 Programa de Biologia Evolutiva e Exobiology. O primeiro projeto, iniciado em 2007, analisou a forma como o material genético (ou genomas) evoluir em espécies de leveduras que foram cultivadas sob recursos limitados. Um segundo projecto, 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 de espécies que poderiam revelar-se benéfica sob 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 investigação professor Eugene Kroll, começou a estudar como as culturas de levedura responder à fome.
Esta nova linha de investigação já levou a uma importante publicação intitulada, "reestruturação genoma associadas a fome pode levar ao isolamento reprodutivo na levedura", que foi publicado na PLoS One em 2013. Nesse sentido, Kroll e Rosenzweig mostram ainda que a levedura contendo estresse rearranjos genômicos adaptativas tornam-se "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 fundamentam a 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 de quase-inanição. Este tipo de estresse grave pode ser um análogo mais próximo do que espécies reais enfrentam na natureza como populações geneticamente 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 diminuíram a temperatura muito alterada para uma invasão por parte dos concorrentes superiores, os resultados deste estudo devem ter implicações para a vida em outros planetas.
De fato, um tema principal 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 programados 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 diferenciação abre a porta não só para a concorrência, mas também a cooperação entre as variantes, permitindo uma divisão de trabalho. ", Disse.
A imagem na parte superior da página mostra a lua gelada de Saturno Enceladus, que está emergindo como um local mais habitável para 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 no 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 estas alegações."
"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 de 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 os resultados da 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, que inclui quantidades de vapor de água e de traço de materiais orgânicos, como o metano, dióxido de carbono, e propano, sugere que é alimentada por gêiseres em erupção de um bolso 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, independentemente fora da Terra ", ela acrescentou," 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 era um erro, mas uma característica do universo em que vivemos, que é comum e ocorreu 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
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