Antes de haver animais, bactérias ou mesmo DNA na Terra, moléculas autorreplicantes estavam evoluindo lentamente de matéria simples para vida sob uma chuva constante de partículas energéticas do espaço.

Em um novo jornal, um professor de Stanford e um ex-acadêmico de pós-doutorado especulam que essa interação entre antigos proto-organismos e raios cósmicos pode ser responsável por uma preferência estrutural crucial, chamado quiralidade, em moléculas biológicas. Se a ideia deles estiver correta, sugere que toda a vida em todo o universo poderia compartilhar a mesma preferência quiral.

Quiralidade, também conhecido como lateralidade, é a existência de versões espelhadas de moléculas. Como a mão esquerda e a direita, duas formas quirais de uma única molécula refletem uma à outra na forma, mas não se alinham se empilhadas. Em todas as principais biomoléculas - aminoácidos, DNA, RNA - a vida usa apenas uma forma de destreza molecular. Se a versão em espelho de uma molécula for substituída pela versão regular dentro de um sistema biológico, o sistema frequentemente não funcionará corretamente ou parará totalmente de funcionar. No caso do DNA, um único açúcar errado iria perturbar a estrutura helicoidal estável da molécula.

Louis Pasteur descobriu essa homoquiralidade biológica em 1848. Desde então, os cientistas têm debatido se a destreza da vida foi motivada pelo acaso ou por alguma influência determinística desconhecida. Pasteur formulou a hipótese de que, se a vida é assimétrica, então, pode ser devido a uma assimetria nas interações fundamentais da física que existem em todo o cosmos.

"Propomos que a destreza biológica que testemunhamos agora na Terra se deve à evolução em meio à radiação polarizada magneticamente, onde uma pequena diferença na taxa de mutação pode ter promovido a evolução da vida baseada no DNA, em vez de sua imagem no espelho, "disse Noémie Globus a autora principal do artigo e ex-Koret Fellow do Instituto Kavli de Astrofísica e Cosmologia de Partículas (KIPAC).

Em seu jornal, publicado em 20 de maio em Cartas de jornal astrofísico , os pesquisadores detalham seu argumento em favor dos raios cósmicos como a origem da homoquiralidade. Eles também discutem experiências potenciais para testar suas hipóteses.

Polarização magnética do espaço

Os raios cósmicos são uma forma abundante de radiação de alta energia que se origina de várias fontes em todo o universo, incluindo estrelas e galáxias distantes. Depois de atingir a atmosfera da Terra, raios cósmicos eventualmente se degradam em partículas fundamentais. No nível do solo, a maioria dos raios cósmicos existem apenas como partículas conhecidas como múons.

Muons são partículas instáveis, existindo por apenas 2 milionésimos de segundo, mas porque eles viajam perto da velocidade da luz, eles foram detectados a mais de 700 metros abaixo da superfície da Terra. Eles também são polarizados magneticamente, significado, na média, todos os múons compartilham a mesma orientação magnética. Quando os múons finalmente decaem, eles produzem elétrons com a mesma polarização magnética. Os pesquisadores acreditam que a capacidade de penetração do múon permite que ele e seus elétrons filhos afetem potencialmente as moléculas quirais na Terra e em todas as outras partes do universo.

"Somos irradiados o tempo todo por raios cósmicos, "explicou Globus, que atualmente é pesquisador de pós-doutorado na New York University e no Instituto Flatiron da Simons Foundation. "Seus efeitos são pequenos, mas constantes em todos os lugares do planeta onde a vida poderia evoluir, e a polarização magnética dos múons e elétrons é sempre a mesma. E mesmo em outros planetas, os raios cósmicos teriam os mesmos efeitos. "

A hipótese dos pesquisadores é que, no início da vida na Terra, esta radiação constante e consistente afetou a evolução das duas formas de vida do espelho de maneiras diferentes, ajudando, em última análise, um a prevalecer sobre o outro. Essas pequenas diferenças na taxa de mutação teriam sido mais significativas quando a vida estava começando e as moléculas envolvidas eram muito simples e mais frágeis. Sob essas circunstâncias, a pequena, mas persistente influência quiral dos raios cósmicos poderia ter, ao longo de bilhões de gerações de evolução, produziu a destreza biológica única que vemos hoje.

"Isso é um pouco como uma roda de roleta em Las Vegas, onde você pode projetar uma ligeira preferência pelos bolsos vermelhos, em vez dos bolsos pretos, "disse Roger Blandford, o professor Luke Blossom na Escola de Humanidades e Ciências de Stanford e um autor do artigo. "Jogue alguns jogos, você nunca notaria. Mas se você jogar com esta roleta por muitos anos, quem aposta habitualmente no vermelho ganha dinheiro e quem aposta no preto perde e vai embora ”.

Pronto para ser surpreendido

Globus e Blandford sugerem experimentos que podem ajudar a provar ou refutar sua hipótese de raios cósmicos. Por exemplo, eles gostariam de testar como as bactérias respondem à radiação com polarização magnética diferente.

"Experimentos como esse nunca foram realizados e estou animado para ver o que eles nos ensinam. "disse Globus.

Os pesquisadores também esperam amostras orgânicas de cometas, asteróides ou Marte para ver se eles também exibem um viés quiral.

"Esta ideia conecta a física fundamental e a origem da vida, "disse Blandford, que também é professor de física e física de partículas de Stanford e SLAC e ex-diretor da KIPAC. "Independentemente de estar ou não correto, unir esses campos muito diferentes é empolgante e um experimento bem-sucedido deve ser interessante. "