Nossa tarefa agora é ressintentizar a biologia; colocar o organismo de volta em seu ambiente; reconectá-lo a seu passado evolutivo; e deixar que sintamos esse fluxo complexo que é organismo, evolução e ambiente unidos. O momento chegou para a biologia entrar no mundo não-linear.
Carl Richard Woese foi um microbiologista e biofísico americano. Woese é famoso por definir as Archaea, um novo domínio da vida em 1977, por meio da taxonomia filogenética do RNA ribossômico 16S, uma técnica que ele desenvolveu e que revolucionou a microbiologia. Ele também originou a hipótese do mundo RNA em 1967, embora não com esse nome. Woese ocupou a Cátedra Stanley O. Ikenberry e foi professor de microbiologia na Universidade de Illinois em Urbana–Champaign.
Vida e educação
Carl Woese nasceu em Syracuse, Nova York, em 15 de julho de 1928. Woese frequentou a Deerfield Academy em Massachusetts. Recebeu um diploma de bacharelado em matemática e física da Amherst College em 1950. Durante seu tempo em Amherst, Woese cursou apenas um curso de biologia – Bioquímica, em seu último ano – e não tinha "interesse científico em plantas e animais" até ser aconselhado por William M. Fairbank, então professor assistente de física em Amherst, a prosseguir com biofísica em Yale.
Em 1953, completou um Ph.D. em biofísica na Yale University, onde sua pesquisa de doutorado se concentrou na inativação de vírus por calor e radiação ionizante. Ele estudou medicina na Universidade de Rochester por dois anos, desistindo dois dias no início de uma rotação de pediatria. Em seguida, tornou-se pesquisador pós-doutoral em biofísica na Yale University investigando esporos bacterianos. De 1960–63, trabalhou como biofísico no General Electric Research Laboratory em Schenectady, Nova York. Em 1964, Woese se juntou à faculdade de microbiologia da Universidade de Illinois em Urbana–Champaign, onde se concentrou em Archaea, genômica e evolução molecular como suas áreas de especialização. Tornou-se professor no Carl R. Woese Institute for Genomic Biology da Universidade de Illinois em Urbana–Champaign, que foi renomeado em sua homenagem em 2015, após sua morte.
Woese morreu em 30 de dezembro de 2012, após complicações de câncer pancreático.
Trabalho e descobertas
Trabalho inicial sobre o código genético
Woese voltou sua atenção para o código genético enquanto montava seu laboratório no Knolls Laboratory da General Electric no outono de 1960. O interesse entre físicos e biólogos moleculares tinha começado a se concentrar em decifrar a correspondência entre os vinte aminoácidos e o alfabeto de quatro letras das bases de ácido nucleico na década seguinte à descoberta da estrutura do DNA por James D. Watson, Francis Crick e Rosalind Franklin em 1953. Woese publicou uma série de artigos sobre o tema. Em um deles, deduziu uma tabela de correspondência entre o que era então conhecido como "RNA solúvel" e DNA com base em suas respectivas razões de pares de bases. Ele então reavaliou dados experimentais associados à hipótese de que os vírus usavam uma base, em vez de um tripleto, para codificar cada aminoácido, e sugeriu 18 códons, predizendo corretamente um para prolina. Outros trabalhos estabeleceram a base mecanicista da tradução proteica, mas, na visão de Woese, largamente negligenciou as origens evolutivas do código genético como uma reflexão tardia.
Em 1962, Woese passou vários meses como pesquisador visitante no Instituto Pasteur em Paris, um locus de intensa atividade sobre a biologia molecular da expressão gênica e regulação gênica. Enquanto em Paris, conheceu Sol Spiegelman, que convidou Woese a visitar a Universidade de Illinois depois de ouvir seus objetivos de pesquisa; nesta visita, Spiegelman ofereceu a Woese uma posição com permanência imediata começando no outono de 1964. Com a liberdade de perseguir pacientemente questões especulativas mais interessantes fora do fluxo principal da pesquisa biológica, Woese começou a considerar o código genético em termos evolutivos, perguntando como as atribuições de códon e sua tradução em uma sequência de aminoácidos poderiam ter evoluído.
Descoberta do terceiro domínio
Durante grande parte do século XX, os procariotos foram considerados um único grupo de organismos e classificados com base em sua bioquímica, morfologia e metabolismo. Em um artigo altamente influente de 1962, Roger Stanier e C. B. van Niel estabeleceram pela primeira vez a divisão da organização celular em procariotos e eucariotos, definindo procariotos como aqueles organismos que carecem de núcleo celular. Adaptado da generalização de Édouard Chatton, o conceito de Stanier e Van Niel foi rapidamente aceito como a distinção mais importante entre organismos; apesar disso, eram céticos quanto às tentativas dos microbiologistas de construir uma classificação filogenética natural de bactérias. No entanto, tornou-se geralmente assumido que toda a vida compartilhava um ancestral procarioto comum, implicado pela raiz grega πρό pro-, antes, em frente.
Em 1977, Carl Woese e George E. Fox refutaram experimentalmente essa hipótese universalmente mantida sobre a estrutura básica da árvore da vida. Woese e Fox descobriram um tipo de vida microbiana que chamaram de "archaebacteria" Archaea. Eles relataram que as archaebacteria compreendiam "um terceiro reino" da vida tão distinto de bactérias quanto plantas e animais. Tendo definido Archaea como um novo "urkingdom" (domínio) que não eram nem bactérias nem eucariotos, Woese redesenhou a árvore taxonômica. Seu sistema de três domínios, baseado em relações filogenéticas em vez de similaridades morfológicas óbvias, dividiu a vida em 23 divisões principais, incorporadas em três domínios: Bactéria, Archaea e Eucarya.
A aceitação da validade da classificação filogenética de Woese foi um processo lento. Biólogos proeminentes, incluindo Salvador Luria e Ernst Mayr, se opuseram à sua divisão dos procariotos. Nem toda a crítica a ele foi restrita ao nível científico. Uma década de catalogação de oligonucleotídeos intensiva em trabalho o deixou com a reputação de "excêntrico", e Woese viria a ser apelidado de "Revolução Cicatrizada da Microbiologia" por um artigo de notícia impresso na revista Science. O crescente corpo de dados de apoio levou a comunidade científica a aceitar as Archaea em meados de 1980. Hoje, poucos cientistas se aferem à ideia de um Prokarya unificado.
O trabalho de Woese sobre Archaea também é significativo em suas implicações para a busca de vida em outros planetas. Antes da descoberta por Woese e Fox, os cientistas pensavam que as Archaea eram organismos extremos que evoluíram dos microrganismos mais familiares a nós. Agora, a maioria acredita que são antigas e podem ter conexões evolutivas robustas com os primeiros organismos da Terra. Organismos semelhantes àqueles archaeas que existem em ambientes extremos podem ter se desenvolvido em outros planetas, alguns dos quais abrigam condições propícias para a vida extremófila.
Notavelmente, a elucidação da árvore da vida por Woese mostra a diversidade esmagadora de linhagens microbianas: organismos unicelulares representam a vasta maioria da diversidade genética, metabólica e de nicho ecológico da biosfera. Como os micróbios são cruciais para muitos ciclos biogeoquímicos e para o funcionamento contínuo da biosfera, os esforços de Woese para esclarecer a evolução e diversidade dos micróbios forneceram um serviço inestimável para ecologistas e conservacionistas. Foi uma contribuição importante para a teoria da evolução e para nosso conhecimento da história da vida.
Evolução dos tipos celulares primários
Woese também especulou sobre uma era de evolução rápida na qual ocorria transferência horizontal de genes considerável entre organismos. Descrito pela primeira vez por Woese e Fox em um artigo de 1977, esses organismos, ou progenotes, foram imaginados como protocélulas com muito baixa complexidade devido ao seu aparelho de tradução propenso a erros "canal de transmissão genética ruidoso", que produzia altas taxas de mutação que limitavam a especificidade da interação celular e o tamanho do genoma. Este aparelho de tradução inicial teria produzido um grupo de proteínas estruturalmente semelhantes e funcionalmente equivalentes, em vez de uma única proteína. Além disso, por causa dessa especificidade reduzida, todos os componentes celulares eram suscetíveis à transferência horizontal de genes, e uma evolução rápida ocorreu no nível do ecossistema.
A transição para células modernas – o "Limiar Darwiniano" – ocorreu quando organismos evoluíram mecanismos de tradução com níveis modernos de fidelidade: o desempenho melhorado permitiu que a organização celular atingisse um nível de complexidade e conectividade que tornava os genes de outros organismos muito menos capazes de deslocar os genes de um indivíduo.
Nos anos posteriores, o trabalho de Woese se concentrou em análise genômica para elucidar o significado da transferência horizontal de genes (THG) para a evolução. Ele trabalhou em análises detalhadas das filogenias das aminoacil-tRNA sintetases e sobre o efeito da transferência horizontal de genes na distribuição dessas enzimas-chave entre organismos. O objetivo da pesquisa era explicar como os tipos celulares primários – os archaeais, eubacterianos e eucariotos – evoluíram de um estado ancestral no mundo RNA.
Perspectivas sobre a biologia
Woese compartilhou seus pensamentos sobre o passado, presente e futuro da biologia em Current Biology:
As "questões importantes" que a biologia do século XXI enfrenta todas provêm de uma única questão: a natureza e geração da organização biológica. . . . Sim, Darwin está de volta, mas na companhia de . . . cientistas que conseguem ver muito mais profundamente nas profundezas da biologia do que era possível até então. Não é mais uma visão "10.000 espécies de pássaros" da evolução – evolução vista como uma procissão de formas. A preocupação agora é com o próprio processo da evolução.
Vejo a questão da organização biológica tomando duas direções proeminentes hoje. A primeira é a evolução da organização celular (proteica), que inclui sub-questões como a evolução do aparelho de tradução e do código genético, e a origem e natureza das hierarquias de controle que ajustam com precisão e inter-relacionam precisamente a profusão de processos celulares que constituem as células. Também inclui a questão do número de diferentes tipos celulares básicos que existem na Terra hoje: todos as células modernas vieram de uma única organização celular ancestral?
A segunda grande direção envolve a natureza do ecossistema global. . . . Bactérias são os principais organismos deste planeta – em números, em massa total, em importância para os balanços globais. Assim, é a ecologia microbiana que . . . está mais em necessidade de desenvolvimento, tanto em termos de fatos necessários para entendê-la, quanto em termos do marco teórico em que interpretá-los.
Woese considerou a biologia como tendo um papel "de extrema importância" na sociedade. Em sua visão, a biologia deveria servir a um propósito mais amplo do que a perseguição de "um ambiente engenheirado":
O que foi formalmente reconhecido na física precisa agora ser reconhecido na biologia: a ciência serve a uma função dupla. Por um lado, é a serva da sociedade, atacando os problemas aplicados colocados pela sociedade. Por outro lado, funciona como professora da sociedade, ajudando a entender seu mundo e a si mesma. É esta última função que está efetivamente ausente hoje.
Honrarias e legado científico
Woese foi um MacArthur Fellow em 1984, foi feito membro da National Academy of Sciences em 1988, recebeu a Medalha Leeuwenhoek, a maior honraria de microbiologia, em 1992, o Prêmio Selman A. Waksman em Microbiologia em 1995 da National Academy of Sciences, e foi recipiendário da Medalha Nacional de Ciência em 2000. Em 2003, recebeu o Prêmio Crafoord da Royal Swedish Academy of Sciences "por sua descoberta de um terceiro domínio da vida". Em 2006, foi feito membro estrangeiro da Royal Society.
Muitas espécies microbianas, como Pyrococcus woesei, Methanobrevibacter woesei e Conexibacter woesei, são nomeadas em sua homenagem.
O microbiologista Justin Sonnenburg da Stanford University disse "O artigo de 1977 é um dos mais influentes em microbiologia e, discutivelmente, toda a biologia. Ele se compara aos trabalhos de Watson e Crick e Darwin, fornecendo um marco evolutivo para a diversidade incrível do mundo microbiano".
Com relação ao trabalho de Woese sobre transferência horizontal de genes como um processo evolutivo primário, o Professor Norman R. Pace da Universidade do Colorado em Boulder disse: "Acho que Woese fez mais pela biologia em sentido amplo do que qualquer biólogo na história, incluindo Darwin... Há muito mais a aprender, e ele tem interpretado a história emergente brilhantemente".
Publicações selecionadas
Livros
- Woese, Carl 1967. The Genetic Code: the Molecular Basis for Genetic Expression. New York: Harper & Row. OCLC 293697.
Artigos selecionados
- Woese, Carl R.; George E. Fox 1977. "Phylogenetic structure of the prokaryotic domain: the primary kingdoms". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 74 11: 5088–5090. Bibcode:1977PNAS...74.5088W. doi:10.1073/pnas.74.11.5088. ISSN 0027-8424. PMC 432104. PMID 270744.
- Woese, Carl R. June 1, 1987. "Bacterial evolution". Microbiological Reviews. 51 2: 221–271. doi:10.1128/MMBR.51.2.221-271.1987. PMC 373105. PMID 2439888.
- Woese, Carl R.; O Kandler; M L Wheelis 1990. "Towards a natural system of organisms: proposal for the domains Archaea, Bacteria, and Eucarya". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 87 12: 4576–4579. Bibcode:1990PNAS...87.4576W. doi:10.1073/pnas.87.12.4576. ISSN 0027-8424. PMC 54159. PMID 2112744.
- Woese,
