Desvendando a origem da vida:cinco avanços importantes dos últimos cinco anos
Crédito:Unsplash/CC0 Domínio Público Ainda há muito que não entendemos sobre a origem da vida na Terra.
A própria definição de vida é uma fonte de debate entre os cientistas, mas a maioria dos investigadores concorda quanto aos ingredientes fundamentais de uma célula viva. Água, energia e alguns elementos essenciais são os pré-requisitos para o surgimento das células. No entanto, os detalhes exatos de como isso acontece permanecem um mistério.
A investigação recente centrou-se na tentativa de recriar em laboratório as reações químicas que constituem a vida tal como a conhecemos, em condições plausíveis para a Terra primitiva (há cerca de 4 mil milhões de anos). As experiências aumentaram em complexidade, graças ao progresso tecnológico e a uma melhor compreensão de como eram as condições iniciais da Terra.
Contudo, longe de reunir os cientistas e resolver o debate, o aumento do trabalho experimental levou a muitas teorias contraditórias. Alguns cientistas pensam que a vida surgiu em fontes hidrotermais profundas, onde as condições forneciam a energia necessária. Outros argumentam que as fontes termais em terra teriam proporcionado um cenário melhor porque são mais propensas a reter moléculas orgânicas de meteoritos. Estas são apenas duas possibilidades que estão sendo investigadas.
Aqui estão cinco das descobertas mais notáveis dos últimos cinco anos.
Reações nas células iniciais
Que fonte de energia impulsionou as reações químicas que deram origem à vida? Este é o mistério que uma equipa de investigação na Alemanha tem procurado desvendar. A equipe investigou a viabilidade de 402 reações conhecidas por criar alguns dos componentes essenciais da vida, como os nucleotídeos (um bloco de construção do DNA e do RNA). Eles fizeram isso usando alguns dos elementos mais comuns que poderiam ter sido encontrados na Terra primitiva.
Acredita-se também que essas reações, presentes nas células modernas, sejam o metabolismo central do LUCA, o último ancestral comum universal, um organismo unicelular semelhante a uma bactéria.
Para cada reação, eles calcularam as mudanças na energia livre, o que determina se uma reação pode prosseguir sem outras fontes externas de energia. O que é fascinante é que muitas destas reações foram independentes de influências externas, como o trifosfato de adenosina, uma fonte universal de energia nas células vivas.
A síntese dos blocos de construção fundamentais da vida não precisava de um impulso energético externo:era autossustentável.
Vidro vulcânico
A vida depende de moléculas para armazenar e transmitir informações. Os cientistas pensam que as cadeias de ARN (ácido ribonucleico) foram precursoras do ADN no cumprimento deste papel, uma vez que a sua estrutura é mais simples.
O surgimento do RNA em nosso planeta há muito confunde os pesquisadores. No entanto, alguns progressos foram feitos recentemente. Em 2022, uma equipe de colaboradores nos EUA gerou cadeias estáveis de RNA em laboratório. Eles fizeram isso passando nucleotídeos através de vidro vulcânico. Os fios que fizeram eram longos o suficiente para armazenar e transferir informações.
O vidro vulcânico estava presente na Terra primitiva, graças aos frequentes impactos de meteoritos aliados a uma alta atividade vulcânica. Acredita-se também que os nucleotídeos usados no estudo estiveram presentes naquela época da história da Terra. As rochas vulcânicas poderiam ter facilitado as reações químicas que reuniram os nucleotídeos em cadeias de RNA. Respiradouros hidrotérmicos
A fixação de carbono é um processo no qual CO2 ganha elétrons. É necessário construir as moléculas que formam a base da vida.
Um doador de elétrons é necessário para conduzir esta reação. Na Terra primitiva, H2 poderia ter sido o doador de elétrons. Em 2020, uma equipe de colaboradores mostrou que esta reação poderia ocorrer espontaneamente e ser alimentada por condições ambientais semelhantes às fontes hidrotermais alcalinas de profundidade no oceano primitivo. Eles fizeram isso usando tecnologia microfluídica, dispositivos que manipulam pequenos volumes de líquidos para realizar experimentos simulando respiradouros alcalinos.
Essa via é surpreendentemente semelhante à forma como operam muitas células bacterianas e arqueais modernas (organismos unicelulares sem núcleo).
O Ciclo de Krebs
Nas células modernas, a fixação de carbono é seguida por uma cascata de reações químicas que montam ou decompõem moléculas, em intrincadas redes metabólicas impulsionadas por enzimas.
Mas os cientistas ainda estão debatendo como as reações metabólicas se desenrolaram antes do surgimento e da evolução dessas enzimas. Em 2019, uma equipa da Universidade de Estrasburgo, em França, fez um grande avanço. Eles mostraram que o ferro ferroso, um tipo de ferro abundante na crosta terrestre e nos oceanos primitivos, poderia conduzir nove das 11 etapas do Ciclo de Krebs. O Ciclo de Krebs é uma via biológica presente em muitas células vivas.
Aqui, o ferro ferroso atuou como doador de elétrons para a fixação de carbono, o que impulsionou a cascata de reações. As reações produziram todos os cinco precursores metabólicos universais – cinco moléculas que são fundamentais em várias vias metabólicas em todos os organismos vivos.
Blocos de construção de membranas celulares antigas
Compreender a formação dos blocos de construção da vida e as suas intrincadas reações é um grande passo em frente na compreensão do surgimento da vida.
No entanto, quer se desenvolvessem em fontes termais em terra ou no fundo do mar, estas reações não teriam ido longe sem uma membrana celular. As membranas celulares desempenham um papel ativo na bioquímica de uma célula primitiva e na sua conexão com o meio ambiente.
As membranas celulares modernas são compostas principalmente de compostos chamados fosfolipídios, que contêm uma cabeça hidrofílica e duas caudas hidrofóbicas. Eles são estruturados em bicamadas, com as cabeças hidrofílicas apontando para fora e as caudas hidrofóbicas apontando para dentro.
A pesquisa mostrou que alguns componentes dos fosfolipídios, como os ácidos graxos que constituem as caudas, podem se auto-montar nessas membranas de bicamada em diversas condições ambientais. Mas esses ácidos graxos estavam presentes na Terra primitiva? Uma pesquisa recente da Universidade de Newcastle, no Reino Unido, dá uma resposta interessante. Os pesquisadores recriaram a formação espontânea dessas moléculas combinando fluidos ricos em H₂, provavelmente presentes em antigas fontes hidrotermais alcalinas, com CO2 -água rica que lembra o oceano primitivo.
Esta descoberta está alinhada com a hipótese de que membranas estáveis de ácidos graxos poderiam ter se originado em fontes hidrotermais alcalinas, potencialmente progredindo para células vivas. Os autores especularam que reações químicas semelhantes poderiam ocorrer nos oceanos subterrâneos de luas geladas, que se pensa terem fontes hidrotermais semelhantes às terrestres.
Cada uma dessas descobertas acrescenta uma nova peça ao quebra-cabeça da origem da vida. Independentemente de quais delas se provem corretas, teorias contrastantes estão alimentando a busca por respostas.
Como escreveu Charles Darwin:“Fatos falsos são altamente prejudiciais ao progresso da ciência, pois muitas vezes perduram por muito tempo:mas opiniões falsas, se apoiadas por alguma evidência, causam pouco dano, pois todos sentem um prazer salutar em provar sua falsidade; e quando isso feito, um caminho para o erro é fechado e o caminho para a verdade é muitas vezes aberto ao mesmo tempo."
