Moléculas orgânicas formaram a base para a evolução da vida. Mas como os precursores inorgânicos podem ter dado origem a eles? O químico Oliver Trapp da LMU agora relata uma via de reação na qual os minerais catalisam a formação de açúcares na ausência de água.

Mais de 4 bilhões de anos atrás, a Terra estava muito longe de ser o Planeta Azul que mais tarde se tornaria. Nesse ponto, ele apenas começou a esfriar e, no decorrer desse processo, foram formadas as zonas estruturais concêntricas que ficam cada vez mais profundas sob nossos pés. A Terra primitiva era dominada pelo vulcanismo, e a atmosfera era composta de dióxido de carbono, azoto, metano, amônia, sulfeto de hidrogênio e vapor de água. Nesse ambiente decididamente inóspito, os blocos de construção da vida foram formados. Como então isso pode ter acontecido?

Os pesquisadores estão intrigados com a questão há décadas. A primeira descoberta foi feita em 1953 por dois químicos, chamado Stanley Miller e Harold C. Urey, na Universidade de Chicago. Em seus experimentos, eles simularam a atmosfera da Terra primordial em um sistema fechado de reação que continha os gases mencionados acima. Um 'oceano' em miniatura foi aquecido para fornecer vapor de água, e descargas elétricas foram passadas pelo sistema para imitar os efeitos de um raio. Quando eles analisaram os produtos químicos produzidos nessas condições, Miller e Urey detectaram aminoácidos - os constituintes básicos das proteínas - bem como vários outros ácidos orgânicos.

Sabe-se agora que as condições empregadas nesses experimentos não refletiam aquelas que prevaleciam na Terra primitiva. No entanto, o experimento Miller-Urey iniciou o campo da evolução química pré-biótica. Contudo, não lança muita luz sobre como outras classes de moléculas encontradas em todas as células biológicas, como açúcares, gorduras e ácidos nucléicos - podem ter sido gerados. No entanto, esses compostos são ingredientes indispensáveis ​​do processo que originou as primeiras bactérias e, posteriormente, as cianobactérias fotossintéticas que produziram oxigênio. É por isso que Oliver Trapp, Professor de Química Orgânica na LMU, decidiu concentrar sua pesquisa na síntese prebiótica dessas substâncias.

Do formaldeído ao açúcar

A história das rotas sintéticas de precursores menores para açúcares remonta a quase um século antes do experimento Miller-Urey. Em 1861, o químico russo Alexander Butlerov mostrou que o formaldeído pode dar origem a vários açúcares por meio do que ficou conhecido como reação à formose. Miller e Urey de fato encontraram ácido fórmico em seus experimentos, e pode ser prontamente reduzido para produzir formaldeído. Butlerov também descobriu que a reação formose é promovida por uma série de óxidos e hidróxidos de metal, incluindo aqueles de cálcio, bário, tálio e chumbo. Notavelmente, o cálcio está abundantemente disponível na superfície da Terra e abaixo dela.

Contudo, a hipótese de que os açúcares poderiam ter sido produzidos por meio da reação da formose apresenta duas dificuldades. A reação de formose 'clássica' produz uma mistura diversa de compostos, e ocorre apenas em meio aquoso. Esses requisitos estão em desacordo com o fato de que açúcares foram detectados em meteoritos.

Junto com colegas da LMU e do Instituto Max Planck de Astronomia em Heidelberg, Trapp, portanto, decidiu explorar se o formaldeído poderia dar origem a açúcares em um sistema de fase sólida. Com o objetivo de simular os tipos de forças mecânicas a que os minerais sólidos teriam sido submetidos, todos os componentes da reação foram combinados em um moinho de bolas - na ausência de solventes, mas adicionar formaldeído suficiente para saturar os sólidos em pó

E realmente, a reação formose foi observada e vários minerais diferentes foram encontrados para catalisá-la. O formaldeído foi adsorvido nas partículas sólidas, e a interação resultou na formação do dímero de formaldeído (glicolaldeído) - e ribose, o açúcar de 5 carbonos que é um constituinte essencial do ácido ribonucléico (RNA). Acredita-se que o RNA tenha se fundido antes do DNA, e serve como repositório de informações genéticas em muitos vírus, bem como fornecer os modelos para a síntese de proteínas em todos os organismos celulares. Açúcares mais complexos também foram obtidos nos experimentos, junto com alguns subprodutos, tais como ácido láctico e metanol.

"Nossos resultados fornecem uma explicação plausível para a formação de açúcares na fase sólida, mesmo em ambientes extraterrestres na ausência de água, "diz Trapp. Eles também levantam novas questões que podem apontar para novas e inesperadas rotas pré-bióticas para os componentes básicos da vida como a conhecemos, como afirma Trapp. "Estamos convencidos de que esses novos insights abrirão perspectivas inteiramente novas para a pesquisa em prebióticos, evolução química, " ele diz.