p Em organismos modernos, o DNA material hereditário codifica as instruções para a síntese de proteínas - as versáteis nanomáquinas que permitem que as células modernas funcionem e se repliquem. Mas como essa ligação funcional entre DNA e proteínas foi estabelecida? De acordo com a hipótese do "mundo do RNA", os sistemas vivos primordiais baseavam-se em moléculas de RNA autorreplicantes. Quimicamente falando, O RNA está intimamente relacionado ao DNA. Contudo, além de armazenar informações, O RNA pode se dobrar em estruturas complexas que têm atividade catalítica, semelhantes às nanomáquinas de proteína que catalisam reações químicas nas células. Essas propriedades sugerem que as moléculas de RNA devem ser capazes de catalisar a replicação de outras fitas de RNA, e iniciando processos evolutivos auto-sustentáveis. Portanto, O RNA é de particular interesse no contexto da origem da vida como um candidato promissor para o primeiro biopolímero funcional. p Para dobrar corretamente, O RNA requer uma concentração relativamente alta de íons de magnésio duplamente carregados e uma concentração mínima de sódio com carga única, uma vez que o último leva ao dobramento incorreto das fitas de RNA. A secagem sozinha altera a concentração de sal, mas não as quantidades relativas dos diferentes íons. Portanto, pesquisadores liderados pelos biofísicos da LMU Dieter Braun e Christof Mast, em colaboração com colegas do Instituto Max Planck de Bioquímica, a Universidade Técnica (TU) de Dortmund e a LMU Geociências, agora perguntaram como o balanço de sal relevante poderia ter sido alcançado sob as condições que prevaleciam na Terra cerca de 4 bilhões de anos atrás. "Mostramos que uma combinação de rochas basálticas e correntes de convecção simples podem dar origem à relação ótima entre os íons Mg e Na em condições naturais, "Mast explica.

p Vidro basáltico e correntes de calor

p Para este propósito, Os geocientistas da LMU liderados por Donald Dingwell e Bettina Scheu primeiro sintetizaram o vidro basáltico, e caracterizou o basalto em suas várias formas, como pedra e vidro. O vidro basáltico é produzido quando o basalto derretido é resfriado rapidamente, por exemplo. quando entra em contato com a água do oceano - um processo natural que ocorre continuamente na Terra. Na segunda etapa, os biofísicos da LMU analisaram as quantidades de magnésio e sódio extraídas do vidro, sob diversas condições, como temperatura ou o tamanho do grão do material geológico. Eles sempre encontraram significativamente mais sódio do que magnésio na água, e o último estava presente em concentrações muito mais baixas do que as exigidas pelas nanomáquinas de RNA pré-bióticas.

p "Contudo, esta situação mudou consideravelmente quando as correntes de calor - que são muito prováveis ​​de estarem presentes, devido aos altos níveis de atividade geológica esperados em ambientes pré-bióticos - foram adicionados, "diz Mast. Nos poros estreitos e rachaduras que são uma característica dos vidros basálticos, gradientes de temperatura não induzem apenas fluxos convectivos, eles também resultam no movimento líquido de íons contra a direção da corrente. A magnitude desse efeito, que é conhecido como termoforese, é fortemente dependente do tamanho e da carga elétrica dos íons em questão. Esta combinação de convecção e termoforese eventualmente resulta no acúmulo local de íons de magnésio em concentrações locais muito mais altas do que os íons de sódio. Além disso, a magnitude desse efeito de concentração aumenta com o tamanho do sistema envolvido.

p Usando como um sistema de referência fitas de RNA catalítico que foram fornecidas por Hannes Mutschler (MPI for Biochemistry / TU Dortmund), a equipe confirmou que a ligação das fitas de RNA e a auto-replicação da ribozima são mais eficientes em condições termoforéticas. Na verdade, o novo estudo mostra que a presença de fluxos de calor permite que a atividade do RNA ocorra mesmo quando o meio contém um grande excesso (1000:1) de sódio sobre íons de magnésio, isto é, sob condições que são assumidas em alguns cenários pré-bióticos, mas são incompatíveis com processos catalíticos baseados em RNA.