p As reações químicas impulsionadas pelas condições geológicas na Terra primitiva podem ter levado à evolução pré-biótica de moléculas autorreplicantes. Cientistas da Ludwig-Maximilians Universitaet (LMU) em Munique agora relatam um mecanismo hidrotérmico que poderia ter promovido o processo. p A vida é um produto da evolução por seleção natural. Essa é a lição para levar para casa do livro de Charles Darwin "A Origem das Espécies, "publicado há mais de 150 anos. Mas como a história da vida em nosso planeta começou? Que tipo de processo poderia ter levado à formação das primeiras formas das biomoléculas que agora conhecemos, que posteriormente deu origem à primeira célula? Os cientistas acreditam que, na (relativamente) jovem Terra, ambientes devem ter existido, que eram conducentes ao prebiótico, evolução molecular. Um grupo dedicado de pesquisadores está empenhado em tentar definir as condições sob as quais os primeiros passos provisórios na evolução de moléculas poliméricas complexas a partir de precursores químicos simples poderiam ter sido viáveis. "Para iniciar todo o processo, a química pré-biótica deve estar inserida em um ambiente no qual uma combinação apropriada de parâmetros físicos faz com que um estado de não equilíbrio prevaleça, "explica o biofísico da LMU Dieter Braun. Junto com colegas do Salk Institute em San Diego, ele e sua equipe agora deram um grande passo em direção à definição de tal estado. Seus últimos experimentos mostraram que a circulação de água quente (fornecida por uma versão microscópica da Corrente do Golfo) através dos poros da rocha vulcânica pode estimular a replicação de fitas de RNA. As novas descobertas aparecem no jornal Cartas de revisão física .

p Como portadores de informações hereditárias em todas as formas de vida conhecidas, O RNA e o DNA estão no centro da pesquisa sobre as origens da vida. Ambos são moléculas lineares compostas por quatro tipos de subunidades chamadas bases, e ambos podem ser replicados - e, portanto, transmitidos. A seqüência de bases codifica a informação genética. Contudo, as propriedades químicas das fitas de RNA diferem sutilmente das do DNA. Enquanto as fitas de DNA se emparelham para formar a famosa dupla hélice, As moléculas de RNA podem se dobrar em estruturas tridimensionais que são muito mais variadas e funcionalmente versáteis. De fato, moléculas de RNA especificamente dobradas têm demonstrado catalisar reações químicas tanto no tubo de ensaio quanto nas células, assim como as proteínas. Esses RNAs, portanto, agem como enzimas, e são referidos como 'ribozimas'. A capacidade de replicar e acelerar as transformações químicas motivou a formulação da hipótese do 'mundo do RNA'. Esta ideia postula que, durante a evolução molecular inicial, Moléculas de RNA serviram como depósitos de informações como DNA, e como catalisadores químicos. O último papel é desempenhado por proteínas nos organismos de hoje, onde os RNAs são sintetizados por enzimas chamadas RNA polimerases.

p Ribozimas que podem ligar fitas curtas de RNA - e algumas que podem replicar modelos curtos de RNA - foram criadas por mutação e seleção darwiniana em laboratório. Uma dessas ribozimas de "RNA polimerase" foi usada no novo estudo.

p A aquisição da capacidade de auto-replicação do RNA é vista como o processo crucial na evolução molecular pré-biótica. A fim de simular as condições sob as quais o processo poderia ter se estabelecido, Braun e seus colegas montaram um experimento no qual uma câmara cilíndrica de 5 mm funciona como o equivalente a um poro em uma rocha vulcânica. Na Terra primitiva, rochas porosas teriam sido expostas a gradientes naturais de temperatura. Os fluidos quentes que percolam as rochas abaixo do fundo do mar teriam encontrado águas mais frias no fundo do mar, por exemplo. Isso explica por que as fontes hidrotermais submarinas são o cenário ambiental para a origem da vida mais favorecido por muitos pesquisadores. Em minúsculos poros, flutuações de temperatura podem ser muito consideráveis, e dar origem à transferência de calor e correntes de convecção. Essas condições podem ser facilmente reproduzidas em laboratório. No novo estudo, a equipe do LMU verificou que tais gradientes podem estimular muito a replicação de sequências de RNA.

p Um grande problema com o cenário dirigido pela ribozima para a replicação do RNA é que o resultado inicial do processo é um RNA de fita dupla. Para alcançar a replicação cíclica, os fios devem ser separados ('derretidos'), e isso requer temperaturas mais altas, que são susceptíveis de desdobrar - e inativar - a ribozima. Braun e seus colegas demonstraram agora como isso pode ser evitado. "Em nosso experimento, o aquecimento local da câmara de reação cria um gradiente de temperatura íngreme, que configura uma combinação de convecção, termoforese e movimento browniano, "diz Braun. A convecção agita o sistema, enquanto a termoforese transporta moléculas ao longo do gradiente de uma maneira dependente do tamanho. O resultado é uma versão microscópica de uma corrente oceânica como a Corrente do Golfo. Isso é essencial, uma vez que transporta moléculas curtas de RNA para regiões mais quentes, enquanto o maior, A ribozima sensível ao calor se acumula nas regiões mais frias, e está protegido do derretimento. De fato, os pesquisadores ficaram surpresos ao descobrir que as moléculas de ribozima se agregavam para formar complexos maiores, o que aumenta ainda mais sua concentração na região mais fria. Desta maneira, a vida útil das ribozimas lábeis pode ser significativamente estendida, apesar das temperaturas relativamente altas. "Isso foi uma surpresa completa, "diz Braun.

p Os comprimentos das fitas replicadas obtidas ainda são comparativamente limitados. As sequências de RNA mais curtas são duplicadas de forma mais eficiente do que as mais longas, de modo que os produtos dominantes de replicação são reduzidos a um comprimento mínimo. Portanto, verdadeira evolução darwiniana, que favorece a síntese de fitas de RNA progressivamente mais longas, não ocorre nessas condições. "Contudo, com base em nossos cálculos teóricos, estamos confiantes de que é possível otimizar ainda mais nossos coletores de temperatura, ", diz Braun. Um sistema no qual a ribozima é montada a partir de fitas de RNA mais curtas, que pode replicar separadamente, também é um caminho possível a seguir.