Novos estudos fecham o cerco sobre a explicação da origem da vida

17/06/09 - 18h56 - Atualizado em 17/06/09 - 18h56

Novos estudos fecham o cerco sobre a explicação da origem da vida
Pesquisas recentes ajudam a explicar surgimento das primeiras células.
Resultados paralelos mostram como podem ter surgido primeiros 'genes'.

Algo em torno de 3,9 bilhões de anos atrás, uma mudança na órbita dos planetas em volta do Sol enviou uma tempestade de grandes cometas e asteróides para o sistema solar interno. Seus violentos impactos cavaram enormes crateras ainda visíveis no solo da Lua, aqueceram a superfície da Terra em rochas fundidas e ferveram seus oceanos numa fumaça incandescente.

Mesmo assim, rochas que se formaram na Terra há 3,8 bilhões de anos, quase imediatamente após o fim do bombardeio, contêm possíveis evidências de processos biológicos. Se a vida consegue surgir de matéria inorgânica com tanta rapidez e facilidade, por que ela não é abundante no Sistema Solar e além? Se a biologia é uma propriedade inerente da matéria, por que os químicos, até então, foram incapazes de reconstruir a vida, ou qualquer coisa parecida, em laboratório?

A origem da vida na Terra é repleta de dúvidas e paradoxos. O que veio primeiro, a proteína de células vivas ou a informação genética que a produz? Como pode o metabolismo de seres vivos ser iniciado sem uma membrana confinadora para manter todos os compostos químicos juntos? Mas, se a vida começou dentro de uma membrana celular, como entraram os nutrientes necessários?

As questões podem parecer controversas, já que a vida começou de alguma maneira. Porém, para o pequeno grupo de pesquisadores que insiste em aprender exatamente como, houve frustração de sobra. Muitas pistas antes promissoras levaram somente a anos de esforços desperdiçados. Cientistas renomados, como Francis Crick, o principal teorista da biologia molecular, sugeriram silenciosamente que a vida pode ter sido formada em outro lugar e semeada no planeta – de tão difícil que parece ser encontrar uma explicação plausível para seu surgimento na Terra.

Uma nova esperança
Nos últimos anos, entretanto, quatro avanços surpreendentes renovaram a confiança de que uma explicação terrestre para a origem da vida eventualmente aparecerão.

Um dos avanços é uma série de descobertas a respeito das estruturas, parecidas com células, que poderiam ter se formado naturalmente de compostos químicos graxos provavelmente presentes na Terra primitiva. Essa pista surgiu de uma longa discussão entre três colegas sobre quem veio primeiro no desenvolvimento da vida, um sistema genético ou uma membrana celular. Eles finalmente concordaram que a genética e as membranas tinham de evoluir juntas.

Os três pesquisadores, Jack W. Szostak, David P. Bartel e P. Luigi Luisi, publicaram um manifesto bastante aventureiro na revista "Nature", em 2001, declarando que o jeito de se fazer uma célula sintética era fazer uma protocélula e uma molécula genética crescerem e se dividirem em paralelo, com as moléculas sendo encapsuladas na célula. Se as moléculas dessem à célula uma vantagem competitiva sobre outras células, o resultado seria “um sistema de replicação autônomo e sustentável, capaz para a evolução darwiniana”, escreveram eles.

“Ele estaria verdadeiramente vivo”, acrescentaram.

Um dos autores, Szostak, do Hospital Geral de Massachusetts, conseguiu desde então atingir uma quantidade surpreendente deste programa.

Simples ácidos graxos, do tipo que provavelmente já estava por aí na Terra primitiva, formará espontaneamente esferas de camada dupla, algo muito parecido com as membranas de camada dupla das células vivas de hoje. Essas protocélulas vão incorporar novos ácidos graxos alimentados na água, e eventualmente se dividirão.

Células vivas são geneticamente impermeáveis e possuem elaborados mecanismos para admitir apenas os nutrientes de que precisam. Porém, Szostak e seus colegas mostraram que moléculas pequenas conseguem entrar facilmente nas protocélulas. Se elas se combinam em moléculas maiores, porém, não conseguem sair – exatamente o acordo de que uma célula primitiva precisaria. Se uma protocélula é feita para encapsular um pequeno pedaço de DNA, e é então alimentada com nucleotídeos, os blocos construtores de DNA, estes vão espontaneamente entrar na célula e se ligar a outra molécula de DNA.

Num simpósio sobre evolução no Laboratório Cold Spring Harbor em Long Island, no mês passado, Szostak disse estar “otimista sobre colocar um sistema de replicação química em funcionamento” dentro de uma protocélula. Em seguida, ele espera integrar um sistema replicador de ácido nucléico com protocélulas divididas.

Os experimentos de Szostak chegaram perto de criar uma célula que se dividisse espontaneamente de compostos químicos supostamente existentes na Terra primitiva. Entretanto, alguns de seus ingredientes, como os nucleotídeos de ácidos nucléicos, são bastante complexos. Químicos da abiogênese, que estudam a química da pré-vida na Terra primitiva, há muito estão à beira do desespero sobre como os nucleotídeos poderiam ter surgido espontaneamente.

Complexidade
Nucleotídeos consistem em uma molécula de açúcar, como ribose ou desoxirribose, unida a uma base de um lado e um grupo de fosfato do outro. Químicos da abiogênese descobriram, com alegria, que bases como adenina podem se formar facilmente de compostos químicos simples, como cianeto de hidrogênio. Entretanto, anos de desapontamento se seguiram, quando a adenina provou não ser capaz de se unir naturalmente à ribose.

No mês passado, John Sutherland, químico da Universidade de Manchester, na Inglaterra, relatou na "Nature" sua descoberta de uma rota bastante inesperada para sintetizar nucleotídeos a partir de químicos prebióticos.

Ao invés de fazer a base e o açúcar separadamente de compostos químicos supostamente existentes na Terra primitiva, Sutherland mostrou como, sob as condições corretas, a base e o açúcar podiam ser construídos como uma única unidade, e dessa forma não precisariam ser unidos.

“Acho que o artigo de Sutherland foi o maior avanço dos últimos cinco anos em termos de química prebiótica”, disse Gerald F. Joyce, especialista em origem da vida do Instituto de Pesquisa Scripps, em La Jolla, Califórnia.

Assim que um sistema de auto-replicação se desenvolve a partir dos compostos químicos, esse é o início da história genética, pois cada molécula carrega o carimbo de seu ancestral. Crick, que estava interessado na química que precedeu a replicação, certa vez observou: “Depois deste ponto, o restante é apenas história”.

Joyce estudou o possível início da história ao desenvolver moléculas de RNA com a capacidade de replicação. O RNA, um primo próximo do DNA, quase com certeza o precedeu como a molécula genética de células vivas. Além de carregar informação, o RNA também pode agir como uma enzima para promover reações químicas. Joyce relatou na "Science", no início deste ano, que havia desenvolvido duas moléculas de RNA que podiam estimular a síntese uma da outra, partindo dos quatro tipos de nucleotídeos de RNA.

"Nós finalmente temos uma molécula imortal”, disse, referindo-se a uma cujas informações podem ser transmitidas indefinidamente. O sistema não está vivo, ele completou, mas realiza funções centrais da vida, como replicação e adaptação a novas condições.

"Gerry Joyce está cada vez mais próximo de mostrar que você pode ter auto-replicação de espécies de RNA”, disse Sutherland. “Assim, apenas um pessimista não lhe concederia o sucesso em alguns anos”.

Canhotos ou destros?
Outro avanço impressionante veio de novos estudos sobre as “mãos” das moléculas. Alguns compostos químicos, como os aminoácidos que formam as proteínas, existem em duas formas espelhadas, algo como as mãos direita e esquerda. Na maioria das condições que ocorrem naturalmente, eles são encontrados em misturas praticamente iguais dos dois formatos. Porém, numa célula viva, todos os aminoácidos são canhotos, e todos os açúcares e nucleotídeos são destros.

Químicos prebióticos há tempos devem uma explicação sobre como os primeiros sistemas vivos poderiam ter extraído apenas um tipo de mão dos compostos químicos, partindo das misturas da Terra primitiva. Nucleotídeos canhotos são um veneno, pois evitam que os nucleotídeos destros se unam numa corrente e formem ácidos nucléicos como RNA ou DNA. Joyce se refere ao problema como o “pecado original”, um trocadilho em inglês com a palavra “sin” (pecado) e “syn” (termo utilizado na química para algumas estruturas com mãos).

Os cientistas agora foram presenteados com um inesperado perdão para seus problemas com o pecado original. Pesquisadores como Donna Blackmond, do Imperial College London, descobriram que uma mistura de moléculas canhotas e destras pode ser convertida a apenas uma forma com ciclos de congelamento e derretimento.

Com esses quatro recentes avanços – as protecélulas de Szostak, o RNA de auto-replicação, a síntese natural de nucleotídeos e uma explicação para as “mãos” –, aqueles que estudam a origem da vida têm muito para estarem contentes, apesar da distância ainda a ser percorrida. “Em algum ponto, esses fios começaram a se juntar”, disse Sutherland. “Acho que todos nós estamos muito mais otimistas hoje do que cinco ou dez anos atrás”.

O que ainda falta
Uma medida das dificuldades à frente, entretanto, é que até agora existe pouco entendimento sobre o tipo de ambiente no qual a vida se originou. Alguns químicos, como Guenther Waechtershaeuser, argumentam que a vida começou em condições vulcânicas, como as de passagens do fundo do mar. Elas possuem os gases e catalisadores metálicos nos quais, ele argumenta, os primeiros processos metabólicos provavelmente surgiram.

No entanto, muitos biólogos acreditam que, nos oceanos, os criadores necessários da vida estariam sempre diluídos demais. Eles favorecem um ameno lago de água doce para a origem da vida, assim como Darwin, onde os ciclos de umedecimento e evaporação das margens poderiam produzir úteis concentrações e processos químicos.

Ninguém sabe ao certo quando a vida teve início. As evidências mais antigas geralmente aceitas para células vivas são fósseis de bactérias de 1,9 bilhões de anos atrás, encontrados em Ontário. Porém, rochas de dois locais da Groenlândia, contendo uma mistura incomum de isótopos de carbono que poderiam ser provas de processos biológicos, têm 3,83 bilhões de anos.

Como a vida poderia conseguir um início tão rápido, dado que a superfície da Terra estava provavelmente esterilizada pelo Poderoso Bombardeio Tardio, a chuva de gigantescos cometas e asteróides que desabou sobre a Terra e a lua cerca de 3,9 bilhões de anos atrás? Stephen Mojzsis, geólogo da Universidade do Colorado que analisou um dos locais da Groenlândia, disse na Nature, no mês passado, que o Poderoso Bombardeio Tardio não teria matado tudo, como geralmente se acredita. Em sua visão, a vida poderia ter começado muito mais cedo e sobrevivido ao bombardeio em ambientes do fundo do oceano.

Recentes evidências de rochas muito antigas, conhecidas como zircônios, sugerem que oceanos estáveis e placas continentais tenham surgido há até 4,04 bilhões de anos, meros 150 milhões de anos após a formação da Terra. Assim, a vida teria tido meio bilhão de anos para começar, antes do bombardeio cataclísmico.

Porém, geólogos discutem se as rochas da Groenlândia realmente oferecem sinais de processos biológicos, e geoquímicos frequentemente revisam suas estimativas para a composição da atmosfera primitiva. Leslie Orgel, pioneiro em química prebiótica, costumava dizer, “Apenas espere alguns anos, e as condições da Terra primitiva mudarão novamente”,contou Joyce, ex-aluno dele.

Portanto, químicos e biólogos estão sozinhos para descobrir como a vida começou. Na falta de evidências fósseis, eles não possuem indicações em relação a quando, onde ou como surgiram as primeiras formas de vida. Assim, eles só podem desvendar a vida reinventando-a em laboratório.