A questão de como a vida na Terra surgiu pela primeira vez é aquela que os humanos têm se perguntado desde tempos imemoriais. Embora os cientistas estejam relativamente confiantes sobre quando isso aconteceu, não houve uma resposta definitiva sobre o motivo. Como os aminoácidos, os componentes químicos da vida, se uniram cerca de quatro bilhões de anos atrás para criar as primeiras moléculas de proteína?
Embora essa questão ainda não tenha sido respondida, os cientistas estão fazendo novas descobertas que poderiam ajudar a reduzi-la. Por exemplo, uma equipe de pesquisadores do Centro de Evolução Química do Instituto de Tecnologia da Geórgia (CCT) realizou recentemente um estudo que mostrou como alguns dos primeiros predecessores da molécula de proteína podem ter se unido espontaneamente para formar uma cadeia.
O estudo apareceu recentemente no Proceedings of National Academy of Sciences . O estudo foi conduzido pelo Dr. Moran Frenkel-Pinter da Georgia Tech e incluiu vários pesquisadores do CCT - que é apoiado pela NASA e pela National Science Foundation (NSF) - com a ajuda do Dr. Luke Leman , e professor assistente de química na Scripps Research , um instituto de pesquisa médica sem fins lucrativos.
O Hadean Eon da Terra é um mistério para nós, porque a evidência geológica daquela época é escassa. Pesquisadores da Universidade Nacional da Austrália usaram minúsculos grãos de zircônio para obter uma melhor imagem da Terra primitiva. Crédito: NASA
Durante décadas, os cientistas tiveram teorias sobre como os primeiros aminoácidos se uniram para formar moléculas de proteína. Infelizmente, todas as tentativas de verificar essas teorias falharam até o momento. Como o Dr. Leman explicou :
“Como a química levou à vida complexa é uma das questões mais fascinantes que a humanidade tem ponderado. Há muitas teorias sobre as origens das proteínas, mas não tanto apoio laboratorial experimental para essas idéias ”.
Para seu estudo, a equipe de pesquisa realizou um experimento em que uma pequena seleção de aminoácidos (lisina, arginina e histidina) foi colocada em conjunto com três aminoácidos concorrentes não biológicos. Os ácidos foram então submetidos a condições semelhantes ao que se acredita ter existido na Terra durante o Eon Hadeano (cerca de 4 bilhões de anos atrás).
Isso consistia em colocar os aminoácidos selecionados em água contendo hidroxiácidos, que são conhecidos por facilitar as reações de aminoácidos e teriam sido comuns na Terra prebiótica. A mistura foi então aquecida a 85 ° C (185 ° F), o que acelerou o processo de reação e causou a evaporação da água. As reações químicas resultantes foram então estudadas.
Os blocos de construção da vida podem ter se formado na Terra primordial espontaneamente. Crédito: ocean.si.edu
Para sua surpresa, os aminoácidos biológicos formaram-se espontaneamente em segmentos puros que se ligavam através de grupos de aminas. Esses grupos são aqueles que são feitos de nitrogênio e hidrogênio e são bastante reativos. No entanto, eles também fazem parte do núcleo de aminoácidos e outras aminas que formam cadeias laterais que se estendem a partir do núcleo (que foram usadas neste experimento) são frequentemente mais reativas. Como o Dr. Frenkel-Pinter disse :
“Surpreendeu-nos que esta química favorecesse a ligação entre as aminas encontradas nas proteínas, embora os princípios químicos possam ter nos levado a acreditar que a conexão não protéica seria favorecida. A preferência pela ligação protéica sobre a não-proteína foi de cerca de sete para um ”.
Outra surpresa foi o fato de os aminoácidos biológicos terem superado os não biológicos em termos de reatividade. Os últimos ácidos, que não são encontrados nas proteínas de hoje, tinham o potencial de reagir quimicamente tão bem (ou melhor que) os biológicos. Além disso, a equipe antecipou que a inclusão desses ácidos daria aos biológicos uma corrida pelo seu dinheiro e poderia até levarrcriação de novas proteínas.
No entanto, as reações resultaram principalmente na formação de peptídeos (dois ou mais blocos de aminoácidos ligados entre si) que estavam mais próximos das atuais proteínas atuais. Em particular, os pesquisadores pensaram que os aminoácidos não biológicos iriam superar o aminoácido biológico conhecido como lisina e que a lisina não seria capaz de formar cadeias de forma confiável.
Uma representação artística do início da Lua e da Terra, que sustentou muitos impactos de asteróides. Crédito: Simone Marchi (SwRI) / SSERVI / NASA
Em ambos os casos, eles estavam errados e, em vez disso, descobriram que a lisina predominantemente entrava nas cadeias de uma forma semelhante à que ocorre hoje com as proteínas. A partir disso, a equipe levantou a hipótese de que cadeias de aminoácidos pré-fabricadas que são úteis em sistemas vivos evoluíram antes que a vida encontrasse uma maneira de produzir proteínas.
O fato de que sua experiência mostrou que os aminoácidos biológicos são preferidos aos não-biológicos também pode oferecer uma nova visão de por que apenas 20 aminoácidos entraram na formação da vida. Os cientistas acreditam que havia mais de 500 ácidos que ocorrem naturalmente na Terra durante o Eon Hadeano. Como Loren Williams, professor de bioquímica na Georgia Tech, explicou :
“Nossa ideia é que a vida começou com os muitos blocos de construção que estavam lá e selecionou um subconjunto deles, mas não sabemos quanto foi selecionado com base na química pura ou quantos processos biológicos foram selecionados. Olhando para este estudo, parece que a biologia de hoje pode refletir essas reações químicas pré-bióticas mais cedo do que pensávamos. ”
“Na Terra pré-biótica, haveria um conjunto muito maior de aminoácidos. Há algo de especial nesses 20 aminoácidos, ou eles foram congelados em um momento da evolução? ”Em suma, o experimento sugere que os tipos de aminoácidos usados em proteínas são mais propensos a se unirem porque reagem juntos de forma mais eficiente e têm poucas reações colaterais ineficientes.
Os primeiros aminoácidos provavelmente se formaram em água com hidroxiácidos, que foram então submetidos a condições secas. Crédito: David A. Aguilar (CfA)
Em suma, o experimento sugere que os tipos de aminoácidos usados em proteínas são mais propensos a se unirem porque reagem juntos de forma mais eficiente e têm poucas reações colaterais ineficientes. Também confere credibilidade adicional à teoria de que a maioria dos polímeros biológicos é formada em ciclos úmidos e secos, o que é algo que os pesquisadores do CCTe vem discutindo há anos.
Esta teoria, que afirma que as primeiras proteínas ocorreram em terras inundadas pela chuva ou rochas banhadas pelo sol, está em desacordo com a narrativa mais convencional de que os blocos de construção da vida dependem de eventos raros e cataclísmicos, bem como múltiplos ingredientes em para emergir. Ao mostrar que provavelmente seria um processo muito mais simples, essa pesquisa poderia nos aproximar um pouco mais do caminho para desvendar esse mistério milenar.
Também poderia ter implicações na busca pela vida além da Terra. Se os blocos de construção da vida são naturalmente reativos e atraídos um pelo outro, então provavelmente aumenta as chances de que reações químicas semelhantes tenham ocorrido em outras partes do Universo!
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