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Foi feita a comparação das sequencias 16S (procariotos) e 18S (eucariotos) do RNAr de organismos a partir da amplificação das subunidades por PCR e sequenciamento. A similaridade ou não indica a distância evolucionária entre eles.
(RNA está presente em todos os organismos; tem uma função constante neles; são altamente conservativos; tem tamanho adequado para análise evolutiva). (Proposto por Carl Woese)

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1. Transformações químicas nas águas dos oceanos levam a formação de peptídios, açúcares e bases nitrogenadas =>

2. Formação de nucleotídeos AMP e ATP =>

3. Formação de RNA e início do vida de RNA =>

4. RNA se auto replica, catalisa e sintetiza proteínas a partir de açúcares, bases e fosfato disponíveis =>

5. Proteínas assumiram o papel catalítico dos RNA =>

6. Surgimento do DNA (informação genética – mais estável que o RNA, com papel de molde para a síntese de RNA) =>

7. Surgimento do LUCA: primeira forma de vida celular com sistema de três componentes – DNA, RNA e proteína, e um sistema de membranas capaz de conservar energia - e último ancestral universal em comum  (há 4,5 bi anos)

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1. Diferenças na biossíntese de lipídeos e bioquímica da parede celular, divergindo nos ancestrais das bactérias e arqueias atuais

2. Diversificação metabólica

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1. 1o metabolismo gerador de energia das células primitivas era provavelmente exclusivamente anaeróbio, estável ao calor (temperatura na Terra remota) e autotrófico (H2 como principal combustível). =>

2. Ancestrais das atuais bactérias e arqueias divergiram há cerca de 3,7 bilhões de anos, desenvolvendo metabolismos distintos. =>

3. Bactérias remotas podem ter utilizado H2 e CO2 para produzir acetato. =>

4. Arqueias primitivas desenvolveram a capacidade de utilizar H2 e CO2 ou acetato para a metanogênese. =>

5. Essas formas remotas de metabolismo quimiolitotrófico (3. e 4.) propiciaram a produção de grandes quantidades de compostos orgânicos pela fixação autotrófica de CO2. =>

6. Acúmulo de compostos orgânicos formando fontes de carbono orgânico reduzido

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1. Primeiros fototróficos eram anoxigênicos (3,5 bilhões de anos)

2. Esses evoluem para os fototróficos oxigênicos (Cyanobactérias)

3.  Cianobactérias desenvolveram um fotossistema capaz de utilizar H2O, em lugar de H2S, na redução fotossintética de CO2, liberando O2 (de 2,5 a 3,3 bilhões de anos)

4. Acúmulo de oxigênio na atmosfera terrestre, que preparou o terreno para a evolução de outras formas de vida

5. Atmosfera gradativamente modificou-se de anóxica para óxica

6. Bactérias e Archeas exclusivamente anóxicas ficaram restritas a esses ambientes

7. Formação do Ozônio e de uma camada protetora da Terra contra a radiação UV (danos letais ao DNA) a partir desse Oxigênio que se acumulou

8. Disseminação dos organismos por toda a superfície terrestre e diversificação da vida

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1.  Há 2 bilhões de anos as células não tinham núcleo envolto por membrana e organelas (como as arqueias e bactérias modernas)

2. Atmosfera mais óxica e aumento na concentração de oxigênio na Terra permitiu a evolução dos organismos eucarióticos

3. Evidências de fósseis de microfósseis de algas multicelulares e de complexidade crescente datados entre 1,9 a 1,4 bilhão de anos

4. Concentrações de Oxigênio próximas as atuais há 600 milhões de anos =>

5. Grandes organismos multicelulares (fauna ediacarana) presentes nos mares

6. Diversificação dos eucariotos multicelulares nos ancestrais das algas, vegetais, fungos e animais atuais em um tempo relativamente curto

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Hipótese que sugere que:

Mitocôndrias e Cloroplastos (organelas de eucariotos atuais) surgiram pela incorporação de uma dada célula de uma bactéria quimiorganotrófica (realizava metabolismo aeróbio facultativo) e de uma ciano bactéria (realizava fotossíntese oxigênica)  =>

(Sustentam essa hipótese: Fisiologia e metabolismo globais das mitocôndrias e cloroplastos; sequência e estrutura dos genomas; e mesmos antibióticos que afetam a função ribossomal de bactérias de vida livre inibem a função ribossomal dessas organelas)

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Células eucariotas modernas são quimeras genéticas (feitas de genes de bactérias e arqueias). => Os genes da bactéria e cianobactéria incorporadas podem ter sido transferidos para o núcleo da célula que os incorporou.

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DIFERENCIAÇÃO DOS ORGANISMOS NOS 3 DOMÍNIOS

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DIFERENCIAÇÃO DOS ORGANISMOS NOS 3 DOMÍNIOS

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Os 3 Domínios (Bacteria, Archaea e Eukarya) possuem muitos genes compartilhados entre si (entre todos os três ou em pares).

Hipótese: Nos primórdios da vida, antes das diferenciações dos domínios, houve grande transferência horizontal de genes entre uma população de organismos primitivos originários de um ancestral comum.

Desenvolvimento de barreiras contra transferência horizontal irrestrita de genes

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RESULTADOS DA INTERRUPÇÃO DA TRANSFERÊNCIA HORIZONTAL IRRESTRITA DE GENES

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RESULTADOS DA INTERRUPÇÃO DA TRANSFERÊNCIA HORIZONTAL IRRESTRITA DE GENES

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1. População anteriormente promíscua do ponto de vista genético passou a separar-se nas linhas primárias de descendência evolutiva, as Bacteria e Archaea

2. Há cerca de 2,8 bilhões de anos houve uma outra bifurcação: Archea e Eukarya divergem como Domínios distintos

3. Evolução própria de cada linhagem com o tempo levou a fixação de características biológicas específicas em cada grupo

4. Diferenças genéticas, fisiológicas e estruturais entre os três Domínios ao passo que compartilham também características em comum

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Ao menos 84 filos

Maioria dos grupos consiste em espécies relacionadas do ponto de vista filogenético mas sem semelhança fenotípica significativa (muito diferentes fisiologicamente)

Filos bacterianos possuem bilhões de anos, ao contrário dos filos de animais e plantas => Extensa diversificação

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Extremófilas

Altas temperaturas

Extremos de pH e salinidade

Quimiotróficos

7 filos principais

Maioria das espécies descritas: filos Crenarchaeota e Euryarchaeota

Crenarchaeota hipertermofílicos e espécies termofílicas de Nanoarchaeota e Korarchaeota => se ramificaram bem próximo à raiz da árvore universal (filo muito antigo, mais características em comum com os ancestrais universais);

Em seguida há a ramificação dos Euryarchaeota (metanogênicas) e os halófilos extremos;

Thermoplasma (sem parede celular, acidófilo e termofílico);

Thaumarchaeota foi observado pela primeira vez na década de 1990, no fundo do oceano, e posteriormente em solos e mares do mundo todo (capazes de oxidar amônia)

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Árvore filogenética obtida pela análise comparativa das sequencia do gene de RNAr 18S

Grande diversidade de organismos

Principais organelas (mitocôndria e cloroplasto) derivadas da endossimbiose de indivíduos do domínio Bacteria

Primeiras linhagens surgiram há cerca de 600 milhões de anos durante a explosão da irradiação evolutiva com o acúmulo de oxigênio e formação de ozônio

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BROCK, T.D. et al., MICROBIOLOGIA DE BROCK. 14ª Ed. Artmed, 2016

PADILLA, Gabriel. Diversidade, evolução e ecologia bacteriana. Disponível em: https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/7283567/mod_resource/content/1/Diversidade%20e%20evolu%C3%A7%C3%A3o%202022.pdf