vida complexa só é conhecida a existir na Terra, mas os cientistas não estão descartando outros locais no Sistema Solar. A nossa compreensão da evolução da vida poderia ser avançada por estudar a lua Titan de Saturno, cuja química de hidrocarbonetos é considerado um precursor de um sistema vivo. Os pesquisadores têm tentado replicar uma substância na atmosfera chamada tholins de Titã, que são aerossóis orgânicos criados a partir de radiação solar que atingem a atmosfera de metano e nitrogênio.
"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 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, cientistas, em vez visam encontrar algo mais como 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 até onde estamos hoje? O transições teve lugar?
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. "Relacionadas a essas perguntas são outros, como como fazer o genética 'ponto de partida' e influência cenário ecológico o ritmo e trajetória de mudança evolutiva."
áreas que estudam como a Titan, uma lua 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 a vida terrena em formulários e seus precursores bioquímicos evoluiu a partir de subunidades simples para sucessivamente sistemas mais complexos e interdependentes poderia dar sugestões 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 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 é, e ainda precisa ser um monte de trabalho feito em evolução química, evolução pré-biótica (pré-vida), 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 voltadas para a compreensão da base genética subjacente grandes transições evolutivas que levaram a complexidade de ordem superior."
Como tal, uma nova pesquisa de Rosenzweig vai se concentrar em quatro áreas, onde um sistema complexo surgiu a partir de elementos mais simples: metabolismo, a célula eucariótica, mutualismo (espécies co-operacional) e multicelularidade. Ele também vai olhar para uma quinta área - mutações e interações gene - que determina de forma crítica a rapidez com que tais sistemas complexos podem surgir. Ele acredita que experiências de laboratório que visam replicar aspectos fundamentais da evolução da vida na Terra pode informar melhor como procuramos 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.
financiamento NASA anterior Rosenzweig veio do Programa de Biologia Exobiology e evolutiva. 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 o ambiente em que eles evoluem, influenciar a diversidade e estabilidade das populações subsequentes.
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 em circunstâncias desafiadoras. De fato, estudos anteriores indicaram que as novas variantes cromossômicas são resistentes stress. 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 grande publicação intitulada "reestruturação genoma associadas a fome pode levar ao isolamento reprodutivo em levedura", que foi publicado na 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 que a equipe 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 de reais enfrentar na natureza como populações geneticamente se adaptar às circunstâncias drasticamente alteradas. Na medida em que a fome pode servir como um sinal para qualquer tipo de stress, a partir de recursos diminuídos para alterar significativamente a 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 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 evidências de diferenciação, quer ao nível de diferentes proteínas em uma rede metabólica, diferentes genótipos numa população de uma dada espécie, diferentes genomas em uma única célula ou células diferentes um organismo multicelular. Em cada caso diferenciação abre a porta não só à concorrência, mas também para a cooperação entre as variantes, permitindo uma divisão de trabalho. ", Disse.
A, mosaico infravermelho próximo cor na parte superior da página da sonda Cassini da NASA mostra a brilhando Sun fora dos mares polares norte de Titã compostas por metano líquido.
O Galaxy diário via NASA / Astrobio.net, NASA / ESA Cassini Mission e Saturno / JPL e http://www.nature.com/news/2011/110531/full/news.2011.337.html
Crédito da imagem: NASA / JPL-Caltech / Universidade do Arizona / Universidade de Idaho e wikimedia.org
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