p Cerca de 4 bilhões de anos atrás, A Terra era um lugar inóspito, desprovido de oxigênio, estourando com erupções vulcânicas, e bombardeado por asteróides, sem sinais de vida, mesmo nas formas mais simples. Mas em algum lugar em meio a este período caótico, a química da Terra virou a favor da vida, dando origem, embora improvável, aos primeiros organismos do planeta. p O que motivou esse ponto crítico? Como os organismos vivos se recuperaram em um mundo tão volátil? E quais foram as reações químicas que produziram os primeiros aminoácidos, proteínas, e outros blocos de construção da vida? Estas são algumas das questões que os pesquisadores têm confundido por décadas ao tentar juntar as origens da vida na Terra.

p Agora, cientistas planetários do MIT e do Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics identificaram ingredientes-chave que estavam presentes em grandes concentrações na época em que os primeiros organismos apareceram na Terra.

p Os pesquisadores descobriram que uma classe de moléculas chamadas ânions sulfídicos pode ter sido abundante nos lagos e rios da Terra. Eles calculam isso, cerca de 3,9 bilhões de anos atrás, vulcões em erupção emitiram enormes quantidades de dióxido de enxofre na atmosfera, que eventualmente se assentou e se dissolveu em água como ânions sulfídicos - especificamente, sulfitos e bissulfitos. Essas moléculas provavelmente tiveram a chance de se acumular em águas rasas, como lagos e rios.

p "Em lagos rasos, descobrimos que essas moléculas seriam uma parte inevitável do ambiente, "diz Sukrit Ranjan, um pós-doutorado no Departamento da Terra do MIT, Ciências Atmosféricas e Planetárias. "Se eles foram parte integrante da origem da vida é algo que estamos tentando descobrir."

p O trabalho preliminar de Ranjan e seus colaboradores sugere que os ânions sulfídicos teriam acelerado as reações químicas necessárias para converter moléculas prebióticas muito simples em RNA, um bloco de construção genético da vida.

p "Antes deste trabalho, as pessoas não tinham ideia de quais níveis de ânions sulfídicos estavam presentes nas águas naturais da Terra primitiva; agora sabemos o que eram, "Ranjan diz." Isso muda fundamentalmente nosso conhecimento da Terra primitiva e teve impacto direto nos estudos de laboratório sobre a origem da vida. "

p Ranjan e seus colegas publicaram seus resultados hoje na revista Astrobiologia .

p Definindo o estágio inicial da Terra

p Em 2015, químicos da Universidade de Cambridge, liderado por John Sutherland, que é co-autor do estudo atual, descobriu uma maneira de sintetizar os precursores do RNA usando apenas cianeto de hidrogênio, sulfato de hidrogênio, e luz ultravioleta - todos os ingredientes que se pensa estarem disponíveis na Terra primitiva, antes do aparecimento das primeiras formas de vida.

p Do ponto de vista da química, o caso dos pesquisadores foi convincente:as reações químicas que realizaram no laboratório superaram desafios químicos de longa data, para produzir com sucesso os blocos de construção genéticos para a vida. Mas do ponto de vista da ciência planetária, não estava claro se tais ingredientes teriam sido abundantes o suficiente para impulsionar os primeiros organismos vivos.

p Por exemplo, os cometas podem ter que chover continuamente para trazer cianeto de hidrogênio suficiente para a superfície da Terra. Enquanto isso, sulfato de hidrogênio, que teria sido liberado em grandes quantidades por erupções vulcânicas, teria ficado principalmente na atmosfera, como a molécula é relativamente insolúvel em água, e, portanto, não teria oportunidades regulares para interagir com o cianeto de hidrogênio.

p Em vez de abordar o quebra-cabeça das origens da vida a partir de uma perspectiva química, Ranjan olhou para isso de uma perspectiva planetária, tentando identificar as condições reais que podem ter existido na Terra primitiva, na época em que os primeiros organismos apareceram.

p "O campo das origens da vida tem sido tradicionalmente liderado por químicos, que tentam descobrir caminhos químicos e ver como a natureza pode ter operado para nos dar as origens da vida, "Ranjan diz." Eles fazem um ótimo trabalho nisso. O que eles não fazem com tantos detalhes é, eles não perguntam como eram as condições na Terra primitiva antes da vida? Será que os cenários que eles invocam realmente aconteceram? Eles não sabem muito qual era o cenário. "

p Acumulando os ingredientes para a vida

p Em agosto de 2016, Ranjan deu uma palestra na Universidade de Cambridge sobre o vulcanismo em Marte e os tipos de gases que seriam emitidos por tais erupções na atmosfera sem oxigênio do planeta vermelho. Os químicos presentes na palestra perceberam que as mesmas condições gerais teriam ocorrido na Terra antes do início da vida.

p "Eles tiraram disso [palestra] que, na Terra primitiva, voce nao tem muito oxigenio, mas você tem dióxido de enxofre do vulcanismo, "Ranjan relembra." Como consequência, você deve ter sulfitos. E eles disseram, - Você pode nos dizer quanto dessa molécula haveria? E é isso que nos propusemos a restringir. "

p Para fazer isso, ele começou com um modelo de vulcanismo desenvolvido anteriormente por Sara Seager, Professor da classe de 1941 do MIT de Ciências Planetárias, e seu ex-aluno de graduação Renyu Hu.

p "Eles fizeram um estudo onde perguntaram, 'Suponha que você pegue a Terra e apenas aumente a quantidade de vulcanismo nela. Que concentrações de gases você obtém na atmosfera? '”, Diz Ranjan.

p Ele consultou o registro geológico para determinar a quantidade de vulcanismo que provavelmente ocorreu por volta de 3,9 bilhões de anos atrás, na época em que se pensa que as primeiras formas de vida apareceram, em seguida, procurou os tipos e concentrações de gases que essa quantidade de vulcanismo teria produzido de acordo com os cálculos de Seager e Hu.

p Próximo, ele escreveu um modelo simples de geoquímica aquosa para calcular quanto desses gases teria sido dissolvido em lagos e reservatórios rasos - ambientes que teriam sido mais propícios para a concentração de reações formadoras de vida, contra vastos oceanos, onde as moléculas poderiam se dissipar facilmente.

p Interessantemente, ele consultou a literatura sobre um assunto bastante inesperado durante a realização desses cálculos:vinificação - uma ciência que envolve, em parte, dissolver dióxido de enxofre na água para produzir sulfitos e bissulfitos em condições sem oxigênio semelhantes às da Terra primitiva.

p "Quando estávamos trabalhando neste artigo, muitas das constantes e dados que retiramos eram das revistas de química do vinho, porque é onde temos ambientes anóxicos aqui na Terra moderna, "Ranjan diz." Então, pegamos alguns aspectos da química do vinho e perguntamos:'Suponha que temos uma quantidade x de dióxido de enxofre. Quanto disso se dissolve na água, e então o que se torna? '"

p Conversa cruzada da comunidade

p Em última análise, ele descobriu isso, enquanto erupções vulcânicas teriam lançado grandes quantidades de dióxido de enxofre e sulfeto de hidrogênio na atmosfera, foi o primeiro que se dissolveu mais facilmente em águas rasas, produzindo grandes concentrações de ânions sulfídicos, na forma de sulfitos e bissulfitos.

p "Durante grandes erupções vulcânicas, você pode ter até níveis milimolares desses compostos, que é sobre concentrações em nível de laboratório dessas moléculas, nos lagos, "Ranjan diz." Essa é uma quantia titânica. "

p Os novos resultados apontam para sulfitos e bissulfitos como uma nova classe de moléculas - aquelas que estavam realmente disponíveis na Terra primitiva - que os químicos agora podem testar em laboratório, para ver se eles podem sintetizar a partir dessas moléculas os precursores da vida.

p Os primeiros experimentos conduzidos pelos colegas de Ranjan sugerem que os sulfitos e bissulfitos podem ter de fato encorajado a formação de biomoléculas. A equipe realizou reações químicas para sintetizar ribonucleotídeos com sulfitos e bissulfitos, versus com hidrossulfeto, e descobriram que os primeiros eram capazes de produzir ribonucleotídeos e moléculas relacionadas 10 vezes mais rápido do que os últimos, e com rendimentos mais elevados. Mais trabalho é necessário para confirmar se os ânions sulfídicos foram de fato os primeiros ingredientes na preparação das primeiras formas de vida, mas agora há poucas dúvidas de que essas moléculas faziam parte do meio pré-biótico.

p Por enquanto, Ranjan diz que os resultados abrem novas oportunidades de colaboração.

p "Isso demonstra a necessidade de as pessoas da comunidade científica planetária e da comunidade das origens da vida conversarem entre si, "Ranjan diz." É um exemplo de como a polinização cruzada entre disciplinas pode realmente produzir percepções simples, mas robustas e importantes. " p Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.