Szostak acredita que as primeiras células se desenvolveram em terrenos de lagoas ou piscinas, potencialmente em regiões vulcanicamente ativas. A luz ultravioleta, os raios e as erupções vulcânicas poderiam ter ajudado a desencadear as reações químicas necessárias para a formação da vida.
Credito: Don Kawahigashi / Unsplash
Novas evidências mostram que os primeiros blocos de construção da vida na Terra podem ter sido mais confusos do que se pensavamos.
Quando a Terra nasceu, foi uma bagunça. Meteoros e tempestades com raios provavelmente bombardearam a superfície do planeta, onde nada, exceto produtos químicos sem vida, poderia sobreviver. Como a vida formada nesse caos químico é um mistério de bilhões de anos. Agora, um novo estudo oferece evidências de que os primeiros blocos de construção podem corresponder ao seu ambiente, começando mais confuso do que se pensava anteriormente.
A vida é construída com três componentes principais: RNA e DNA - o código genético que, como gerentes de construção, programa como executar e reproduzir células - e proteínas, os trabalhadores que executam suas instruções. Muito provavelmente, as primeiras células tinham as três peças. Com o tempo, eles cresceram e se replicaram, competindo no jogo de Darwin para criar a diversidade da vida hoje: bactérias, fungos, lobos, baleias e humanos.
Mas primeiro, RNA, DNA ou proteínas tiveram que se formar sem seus parceiros. Uma teoria comum, conhecida como hipótese do "Mundo do RNA", propõe que, como o RNA, ao contrário do DNA, pode se auto-replicar, essa molécula pode ter chegado primeiro. Embora estudos recentes tenham descoberto como os nucleotídeos da molécula - os A, C, G e U que formam seu esqueleto - poderiam ter se formado a partir de produtos químicos disponíveis no início da Terra, alguns cientistas acreditam que o processo pode não ter sido um caminho tão simples.
"Anos atrás, a idéia ingênua de que piscinas de ribonucleotídeos puros concentrados poderiam estar presentes na Terra primitiva foi ridicularizada por Leslie Orgel como 'o Sonho do Biólogo Molecular'", disse Jack Szostak, laureado com o Prêmio Nobel, professor de química e biologia química e genética na Universidade de Harvard e pesquisador no Howard Hughes Medical Institute. "Mas como o RNA homogêneo relativamente moderno poderia emergir de uma mistura heterogênea de diferentes materiais de partida era desconhecido".
Em um artigo publicado no Journal of the American Chemical Society , Szostak e colegas apresentam um novo modelo de como o RNA poderia ter surgido. Em vez de um caminho limpo, ele e sua equipe propõem um começo semelhante a Frankenstein, com o RNA crescendo a partir de uma mistura de nucleotídeos com estruturas químicas semelhantes: arabino-desoxi e ribonucleotídeos (ANA, DNA e RNA).
No caldeirão químico da Terra, é improvável que uma versão perfeita do RNA seja formada automaticamente. É muito mais provável que muitas versões de nucleotídeos se fundam para formar moléculas de retalhos com pedaços de RNA e DNA modernos, bem como moléculas genéticas amplamente extintas, como o ANA. Essas quimeras, como as monstruosas criaturas híbridas de leão, águia e serpente da mitologia grega, podem ter sido os primeiros passos para o RNA e o DNA de hoje.
"A biologia moderna se baseia em blocos de construção relativamente homogêneos para codificar informações genéticas", disse Seohyun Kim, pesquisador de pós-doutorado em química e primeiro autor do artigo. Então, se Szostak e Kim estão certos e as moléculas de Frankenstein vieram primeiro, por que elas evoluíram para RNA homogêneo?
Kim colocou-os à prova: ele colocou potenciais híbridos primordiais contra o RNA moderno, copiando manualmente as quimeras para imitar o processo de replicação do RNA. O RNA puro, ele descobriu, é apenas melhor - mais eficiente, mais preciso e mais rápido - do que seus equivalentes heterogêneos. Em outra descoberta surpreendente, Kim descobriu que os oligonucleotídeos quiméricos - como ANA e DNA - poderiam ter ajudado o RNA a desenvolver a capacidade de se copiar. "Curiosamente", disse ele, "alguns desses ribonucleotídeos variantes mostraram-se compatíveis ou até benéficos para a cópia de modelos de RNA".
Se a versão inicial mais eficiente do RNA se reproduzisse mais rapidamente do que seus equivalentes híbridos, então, com o tempo, ultrapassaria a disputa de seus concorrentes. Foi isso que a equipe de Szostak teorizou que aconteceu na sopa primordial: os híbridos se transformaram em RNA e DNA modernos, que ultrapassaram seus ancestrais e, eventualmente, assumiram o controle.
"Nenhum conjunto primordial de blocos de construção puros era necessário", disse Szostak. "A química intrínseca da cópia de RNA resultaria, com o tempo, na síntese de bits cada vez mais homogêneos de RNA. A razão disso, como Seohyun mostrou tão claramente, é que quando diferentes tipos de nucleotídeos competem pela cópia de um modelo vertente, são os nucleotídeos de RNA que sempre vencem e é o RNA que é sintetizado, e não qualquer um dos tipos relacionados de ácidos nucleicos ".
Até agora, a equipe testou apenas uma fração dos possíveis nucleotídeos variantes disponíveis no início da Terra. Assim, como os primeiros fragmentos de RNA bagunçado, o trabalho deles apenas começou.
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