A Árvore da Vida: Bilhões de espécies extintas e uma única comunidade ancestral

Uma única família para um número inimaginável de espécies

A diversidade atual da vida

A Árvore da Vida é vertiginosa, o tempo: 3,8 bilhões de anos é o motor que explica tudo. O estudo mais citado, publicado na PLoS Biology, propõe o número de 8,7 milhões de espécies presentes na Terra, das quais 6,5 milhões terrestres e 2,2 milhões aquáticas.

O mecanismo da especiação

Imagine uma população que se divide em dois grupos isolados geograficamente. Ao fim de um milhão de anos, as mutações acumuladas tornam-nos suficientemente diferentes para não poderem mais reproduzir-se juntos: duas espécies nascem onde só existia uma. Cada uma destas duas espécies pode, por sua vez, dividir-se, e assim sucessivamente.

O cálculo teórico vertiginoso

Ao analisar os registos fósseis, os investigadores estimam que a duração de vida média de uma espécie animal é da ordem de 1 a 10 milhões de anos antes de se extinguir ou se transformar. Para os eucariotas complexos, o número mais citado é 2 milhões de anos para uma linhagem se dividir em duas espécies distintas.

Se uma linhagem se divide em média uma vez a cada 2 milhões de anos, ao longo de 3,8 bilhões de anos isso representa 1.900 divisões sucessivas por linhagem. Em crescimento arborescente, isso dá teoricamente aproximadamente \(10^{572}\), um número inimaginável que permanece infinitamente superior ao número de átomos no Universo observável (estimado em cerca de \(10^{80}\)). Se uma linhagem se divide em média uma vez a cada 10 milhões de anos, isso dá aproximadamente \(10^{114}\), um número que continua verdadeiramente inimaginável.

Um mundo que nunca existiu !

Este número inimaginável é um limite teórico num mundo sem extinção, sem saturação ecológica e onde todas as linhagens se ramificariam de forma regular e simultânea a cada 1 a 10 milhões de anos. Na realidade, restrições maciças esmagam este potencial teórico do duplicação pura antes mesmo de ele poder expressar-se.

• A extinção: cinco extinções em massa eliminaram sozinhas entre 75 % e 96 % das espécies de cada vez, reduzindo brutalmente a árvore a alguns ramos sobreviventes.
• A saturação ecológica: cada ecossistema dispõe apenas de um número limitado de nichos, ou seja, combinações de condições nas quais uma espécie pode sobreviver e reproduzir-se. Enquanto estes nichos estiverem todos ocupados, uma população isolada não encontra nem os recursos nem o espaço necessários para divergir tempo suficiente para se tornar uma espécie por direito próprio.
• O isolamento geográfico insuficiente: a especiação exige que duas populações permaneçam separadas tempo suficiente para acumular diferenças irreversíveis. Mas as barreiras geográficas, montanhas, mares ou desertos, são raras, instáveis e temporárias. Sem este isolamento duradouro, as populações misturam-se novamente e a divergência é anulada antes de se concretizar.
• As restrições genéticas: a grande maioria das mutações são neutras ou letais. As mutações favoráveis que permitem uma verdadeira divergência adaptativa são raríssimas, e a deriva genética pode eliminar por puro acaso uma mutação que é no entanto vantajosa antes de se espalhar na população.
• A competição interespecífica: uma espécie nascente deve impor-se face a espécies já estabelecidas e melhor adaptadas, que ocupam nichos semelhantes. A taxa de insucesso destas novas linhagens é considerável antes mesmo de atingirem um tamanho populacional suficiente para serem viáveis a longo prazo.

Da teoria à realidade: o filtro da extinção

As restrições formam na realidade um filtro em cascata: uma linhagem deve superá-las todas simultaneamente para resultar numa espécie estável e duradoura, o que explica porque o número de espécies reais está muito longe do potencial teórico.

Os paleontólogos estimam que o número total de espécies fossilizáveis que existiram desde o aparecimento dos animais complexos, há cerca de 540 milhões de anos (início do Câmbrico), se situa entre 5 e 50 bilhões. Mas este número diz respeito apenas aos organismos que deixaram vestígios nas rochas, ou seja, menos de 1 % da vida real. Corrigindo este enviesamento, e incluindo toda a vida desde as origens microbianas, o número total de espécies que já existiram na Terra poderia situar-se entre \(10^{12}\) e \(10^{15}\), ou seja, entre mil bilhões e um milhão de bilhões de espécies extintas.

A vida atual: um bilionésimo da história da vida

Os números são inequívocos, ao longo de 3,8 bilhões de anos de evolução, a extinção é a regra, não a exceção: mais de 99,9 % de todas as espécies que já existiram desapareceram. Na história da vida, a sobrevivência é a exceção.

Todas as espécies vivas atuais reunidas representam apenas um bilionésimo, talvez menos, da diversidade biológica total que a Terra produziu desde a origem da vida. A seleção natural é implacável: elimina sem piedade as linhagens inadaptadas, filtrando sem cessar as variações da vida, deixando sobreviver apenas aquelas que respondem às exigências imediatas do seu ambiente.

Os três ramos mestres da árvore da vida

Graças ao trabalho de Carl Woese (1928-2012) e dos seus colaboradores no final da década de 1970, sabemos que a vida se divide em três grandes domínios. Esta classificação revolucionária baseia-se na análise do ARN ribossómico (molécula de ARN ribossómico 16S nos procariotas e 18S nos eucariotas, utilizada como relógio molecular), uma molécula presente em todos os seres vivos.
Os três domínios que formam os ramos principais da árvore:

• Bactérias (Bacteria): Organismos procariotas (sem núcleo), com uma diversidade metabólica extraordinária. Colonizam todos os ambientes, desde fontes termais até ao intestino humano.
• Archaea (Archaea): Durante muito tempo confundidas com as bactérias, possuem características genéticas e bioquímicas únicas. Muitas são extremófilas, vivendo em ambientes extremos (altas temperaturas, acidez, salinidade).
• Eucariotas (Eukarya): Organismos com células complexas dotadas de núcleo. Este domínio inclui animais, plantas, fungos e protistas. É o ramo ao qual pertencemos, uma parte ínfima da diversidade da vida.

N.B.:
As archaea estão geneticamente mais próximas dos eucariotas do que das bactérias. Os eucariotas são na realidade um ramo derivado do domínio das archaea. O ser humano partilha um ancestral comum mais recente com uma archaea termófila das fontes termais do que com uma bactéria intestinal.

Tabela resumo dos principais grupos da Árvore da Vida

N.B.:
As datas indicadas são estimativas baseadas em relógios moleculares e fósseis. Os primeiros sinais de vida (procariotas) aparecem há cerca de 3,8 bilhões de anos. A idade da Terra é estimada em cerca de 4,54 bilhões de anos.

O que aconteceu antes do LUCA ?

LUCA não é um indivíduo único

Você, eu, o guepardo, o cogumelo de Paris, a sequoia gigante e a bactéria partilham um ancestral comum: todos descendemos de LUCA (Last Universal Common Ancestor), um organismo unicelular que viveu há cerca de 3,5 a 4 bilhões de anos. LUCA não é necessariamente um indivíduo único. LUCA corresponde antes a uma população de organismos primitivos que viviam provavelmente em torno de fontes hidrotermais e que trocavam maciçamente genes diretamente entre indivíduos, sem passar pela reprodução.

A divulgação vs a realidade científica

Na divulgação, apresenta-se frequentemente LUCA como um organismo único, um pouco como o "Adão e Eva" da vida. É prático para explicar, mas inexato. LUCA representa provavelmente vários organismos aparentados, porque uma população permite mais diversidade genética do que um único indivíduo.

O período da química pré-biótica darwiniana

Mas LUCA é ele próprio o produto de uma longa seleção. Antes de LUCA "ganhar", houve provavelmente biliões de tentativas de emergência da vida, protocélulas, sistemas autorreplicativos, metabolismos primitivos que apareceram e desapareceram sem deixar descendência. Chama-se a isto o período de química pré-biótica darwiniana, que se teria desenrolado numa janela de cerca de 100 a 400 milhões de anos, entre o fim do Grande Bombardeamento Tardio e o aparecimento de LUCA.

O que reter

A Árvore da Vida revela-nos uma história ao mesmo tempo grandiosa e frágil: a de uma vida que apareceu há milhares de milhões de anos, moldada por uma sucessão infinita de eventos aleatórios, catástrofes e seleções.

A nossa existência é fruto de uma contingência tão singular que não se poderia reproduzir. Lembra-nos que a vida, tal como a conhecemos, é preciosa, rara e única. Em vez de procurar desesperadamente gémeos da humanidade nas estrelas, deveríamos maravilhar-nos com a nossa própria presença e garantir que esta exceção não se torne, por nossa culpa, numa nova extinção.