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O que os experimentos nos revelam sobre a origem da vida?

Por Camila de Abreu Silva; André L. Tirollo dos Santos - 28/11/2019

   Acordamos, abrimos os olhos, pensamos, existimos. Mas o que é a existência e o que isto nos implica? Carregamos o fardo da racionalidade no Reino Animal. Em meio aos instintos biológicos e à necessidade de propagar os próprios genes, temos que lidar com as emoções, os sentimentos humanos, e com as questões que mais nos intrigam: “De onde viemos?” “Como viemos?” “Por que estamos aqui?”. Foram a partir de questionamentos como estes que surgiu o estudo da filosofia (do grego philosophía, amor à sabedoria), que busca responder questões relacionadas à natureza da existência humana, em oposição aos pensamentos dogmáticos e às imposições sociais.

   Aristóteles (384 a. C. - 322 a. C.) foi um filósofo grego, discípulo de Platão e professor de Alexandre, o Grande. Fora o primeiro a formular uma teoria científica da origem da vida, a chamada Teoria da Geração Espontânea, amplamente aceita até o século XIX, quando refutada pelo cientista Louis Pasteur. Esta teoria, também intitulada como abiogênese, tinha como princípio que a vida poderia surgir espontaneamente da matéria inanimada - ou seja, de seres não vivos. Você deve estar pensando: “como os cientistas da época aceitaram uma ideia tão absurda?”. Contudo, devemos ter em mente que naquele período a existência de microrganismos e de estruturas microscópicas era pouco conhecida ou até mesmo desconhecida, uma vez que a invenção do microscópio é muito recente na história da humanidade. Logo, não havia uma forma coerente de explicar o porquê larvas de insetos apareciam misteriosamente em um pedaço de carne, por exemplo.

  Com a refutação da abiogênese, não havia dúvida que um organismo vivo é oriundo de outro organismo vivo preexistente. Todavia, nessa perspectiva, como fora possível a formação do primeiro ser vivo? Esta é uma questão que até hoje a ciência não encontrou respostas concretas. Porém, em julho de 2019, um grupo de três cientistas do University College, em Londres, publicaram na revista Nature os resultados extraordinários sobre o trabalho deles acerca a origem da vida: peptídeos podem ter surgido na Terra primitiva sem a presença de aminoácidos. Fora um resultado completamente revolucionário, visto que peptídeos são moléculas formadas a partir de ligações entre aminoácidos. Peptídeos são de extrema importância para a constituição da vida, uma vez que interações entre estes compõem as proteínas, as biomoléculas mais abundantes das células.

   Os químicos Matthew Powner, Pierre Canavelli e Saidul Islam lideraram a pesquisa, e primeiramente, mostraram métodos de como poderia ser possível a síntese de peptídeos em água - visto que, até então, essa reação de polimerização era inefetiva no solvente universal. Contornar esta situação adversa é de grande notoriedade, já que existe um consenso quase universal entre os acadêmicos que as primeiras formas de vida surgiram em meio aquoso. Para a formação de peptídeos sem a presença de aminoácidos, seria necessária a existência de precursores destes compostos, as aminonitrilas. As aminonitrilas podem ter sido geradas por reações químicas envolvendo outras moléculas presentes na Terra primitiva, tais como ácido sulfídrico (constituído de hidrogênio e enxofre), ferrocianeto (constituído de carbono, nitrogênio e ferro) e tioacetato (constituído de carbono, hidrogênio, enxofre e oxigênio). Dessa forma, o estudo mostra que aminonitrilas ricas em energia poderiam ter dado origem aos peptídeos, sendo desnecessária a presença de aminoácidos. Apesar de fortemente embasado, este trabalho não certifica que este mecanismo de fato aconteceu, porém proporciona a todos possibilidades e possíveis respostas para o compreendimento quanto ao aparecimento singular da vida. 

A Formação do Primeiro Ser Vivo

   Para satisfazer nossas insaciáveis mentes que não aceitam muito bem o “não sei” como resposta, nós humanos, durante os poucos anos decorridos de nossa existência na Terra, criamos diversas hipóteses e teorias para preencher a grande lacuna que a famigerada pergunta “de onde viemos?” deixa em nossos pequenos intelectos. Dessas inúmeras explicações, três destacam-se pela grande popularidade. São elas:

  • Criacionismo (origem da vida por criação especial);

  • Panspermia Cósmica (origem extraterrestre da vida);

  • Evolução Química (ou Molecular) da Vida.

   Explicar a hipótese criacionista é uma tarefa árdua, afinal existem diferentes tipos de criacionismo. O tema é muito amplo, sendo impossível abordá-lo por completo em apenas um parágrafo de um texto de divulgação científica (que os teólogos e os amantes de mitologias me perdoem, mas esse nem é o intuito deste artigo). Cada cultura e religião possui versões próprias do criacionismo, cada qual com suas peculiaridades. Porém, a grosso modo, o que todas elas têm em comum é a crença de que a vida foi criada por uma ou mais divindades. Assim, para os criacionistas, tudo o que existe é fruto da ação de um criador, seja ele Javé, Alá, Caos ou o Monstro do Espaguete Voador, além de muitos outros. Tal hipótese é a mais antiga das explicações conhecidas acerca da origem da vida e também a mais popular delas. 

   A Hipótese da Panspermia Cósmica, por sua vez, sugere que a vida terrestre não teve origem na Terra, mas sim em algum outro local do Universo, sendo posteriormente trazida para cá por meio de algum cometa ou meteoro. Por mais estranha que essa teoria possa parecer, ela tem certo fundamento. Um indício de que ela pode estar correta é a presença de estruturas semelhantes às dos seres vivos terrestres, além de xantina e uracila (duas substâncias necessárias para a formação do DNA e do RNA), em uma rocha espacial encontrada na Austrália no ano de 1969. “Mas o que garante que essa rocha não foi contaminada por seres da Terra?”. Pra ser sincero, nada garante. Mas uma forte evidência de que não houve contaminação é o fato de que os átomos de carbono que compõem as substâncias encontradas no meteorito são do tipo 13, bem raro na Terra, porém abundante no Espaço. O grande problema de tal hipótese é que, ao contrário do criacionismo e da teoria da Evolução Química da Vida, ela não fornece uma explicação de como se deu o surgimento da vida como um todo, apenas diz que seu surgimento não ocorreu em nosso planeta azul.

   Aleksandr Oparin (1894-1980), bioquímico russo, publicou em 1924 um trabalho detalhado hipotetizando os processos químicos que propiciaram o surgimento de formas vivas, ocorrido espontaneamente e de forma gradativa.  Contudo, somente com a publicação de seu livro, intitulado “Origem da vida”, lançado em 1936 na Rússia e posteriormente traduzido para o inglês em 1938, sua hipótese obteve renome internacional. A primeiro momento, sua obra pareceu contraditória, visto que anos antes, Louis Pasteur refutou com sucesso a geração espontânea. De forma independente, John Burdon Sanderson (J. B. S) Haldane (1892-1964), geneticista britânico, publicou um artigo em 1929, chamado “Rationalist annual”, contendo uma premissa semelhante à de Oparin. As hipóteses dos dois pesquisadores, que originou a Hipótese de Oparin-Haldane, foram primordiais para a construção do modelo da Teoria da Evolução Química da Vida que conhecemos hoje.

   A teoria da Evolução Química (ou Molecular) da Vida é a mais amplamente aceita entre os acadêmicos acerca o surgimento das primeiras formas de vida em nosso planeta. Segundo esta, reações químicas e físicas ocorreram espontaneamente na Terra primitiva, e moléculas inorgânicas foram capazes de gerar moléculas orgânicas, um estopim para a formação das primeiras protocélulas. Mas antes de detalhar os mecanismos que propiciaram o surgimento das células iniciais, primeiro devemos ter conhecimento das condições abióticas na Terra primitiva.

   A atmosfera da Terra primitiva era rica em hidrogênio livre, metano, amônia e água. Contudo, a presença de oxigênio livre, como em nossa condição atual, era inexistente. Para uma atmosfera pobre em oxigênio, a oxidação, que elucida a facilidade de determinadas substâncias perder elétrons para outras moléculas e/ou elementos instáveis, é inviável. Logo, primitivamente em nosso planeta, moléculas em contato com a atmosfera tinham a tendência de receber elétrons. Porém, como era possível a ocorrência de tamanhas reações nesse ambiente primordial? Segundo a teoria, a energia era proveniente de descargas elétricas oriundas de tempestades, e através do sol, a estrela mais próxima da Terra, nossa fonte primária de luz. A incidência solar era muito intensa, em razão da ausência da camada de ozônio, o que também tornava a superfície terrestre muito mais quente do que a atual.

   Logo, a síntese de moléculas orgânicas pode ter sido possível em decorrência das reações químicas que ocorreram nos compostos inorgânicos presentes na atmosfera, estimulados pela luz solar e por descargas elétricas. Moléculas orgânicas geradas na atmosfera poderiam estar presentes nos mares primitivos, por meio da ação de frequentes chuvas. O acúmulo dessas substâncias em mares primitivos levou ao surgimento de um ambiente chamado sopa primordial, termo cunhado por Aleksandr Oparin. Este seria o provável substrato para a ocorrência de diversas reações químicas, e possivelmente, local de aparecimento das primeiras formas viventes.

   A síntese de aminoácidos é considerado um passo essencial para a formação da vida (por isso o trabalho de Powner é tão inovador). Pode-se fazer a analogia que aminoácidos são como tijolos para a construção de proteínas e enzimas que compõem todas as formas vivas. Em 1964, Sidney Fox obteve proteinóides em laboratório. Estes são macromoléculas estáveis e semelhantes a proteínas, o que pode indicar que tais compostos são uma espécie de “proteínas primitivas”. A obtenção desses proteinóides se deu por meio do aquecimento de uma mistura de 18 aminoácidos a até 200º C. Quando resfriados e examinados ao microscópio, o pesquisador notou que estas macromoléculas se agregaram, formando pequenas estruturas esféricas, assemelhando-se a microrganismos. Fora uma descoberta muito interessante, visto que possivelmente os primeiros organismos vivos foram oriundos de um complexo de moléculas orgânicas que foi agrupando-se, de modo a ter um metabolismo separado do meio externo. Organizações primevas de compostos orgânicos eram chamadas de coacervados. Estruturas coacervadas esféricas que originaram as primeiras protocélulas detinham proteínas envoltas por uma dupla camada de lipídios, gerando um ambiente interno para reações químicas. Note que as camadas lipídicas são análogas ao que hoje conhecemos como membrana com permeabilidade seletiva.

   Como uma protocélula era derivada de estruturas coacervadas, deveria existir um mecanismo pelo qual esta replicar-se-ia e geraria novos organismos idênticos. Logo, no meio interno de protocélulas, era necessária a presença de uma molécula com ação enzimática, ou seja, capaz de realizar catálise, além de deter a capacidade de auto-replicação. Foi teorizado que a molécula com esta funcionalidade seria uma ribozima, macromolécula formada por ácido ribonucleico (RNA).

   O RNA é um ácido nucléico formado por repetições de nucleotídeos, de forma semelhante ao DNA. A diferença entre ambos é que o RNA tem apenas uma única fita, não possui a base nitrogenada timina, mas sim a uracila, e possui açúcar do tipo ribose - ao invés desoxirribose - em sua composição. Esta molécula extensa, que hoje é conhecida por sua sublime atuação na etapa de transcrição, fora provavelmente a primeira molécula hereditária a ser formada, pois além de armazenar a informação genética na forma de nucleotídeos, sua ação enzimática e a sua consequente auto-replicação já foi demonstrada experimentalmente. Dessa forma, as protocélulas deviam conter estruturas constituídas de RNA, de modo a permitir a perpetuação e a conservação da vida. Em algum momento singular da fascinante evolução, a função de armazenar as informações hereditárias foi cambiada para a molécula de DNA, por esta deter uma maior estabilidade.

  O local e o modo de vida dos primeiros organismos existentes promove discussão, não havendo uma resposta concreta, apesar de muitas especulações. Os primeiros organismos poderiam ser surgido em um ambiente aquático, detendo um modo de vida heterotrófico, realizando fermentação dos compostos nutritivos presentes na sopa primordial. A competição pelos recursos alimentares pode ter sido o gatilho para o surgimento de seres fotossintetizantes. Contudo, alguns estudiosos hipotetizam que as primeiras formas viventes poderiam ser autotróficas e habitado mares rasos quentes e fontes termais submarinas. Nesses locais inóspitos, bactérias quimiossintetizantes podem ter prosperado, produzindo matéria orgânica a partir de substâncias inorgânicas. Mesmo não havendo o consenso em qual momento os seres autotróficos surgiram, hoje sabe-se que foi graças a estes - os microrganismos fotossintetizantes - que a atmosfera terrestre tornou-se oxidante e que a camada de ozônio foi gerada.

O experimento Urey e Miller

   No ano de 1953, Stanley Miller e Harold Urey, da Universidade de Chicago, simularam em laboratório as condições da Terra primitiva, de modo a testar experimentalmente a hipótese de Oparin-Haldane. Fora criado um equipamento a partir de tubos e balões de vidro interligados, obtendo um sistema fechado contendo os gases que compunham a atmosfera primordial: metano, amônia, hidrogênio, e adicionalmente, vapor d’água. Estes constituintes foram submetidos a descargas elétricas, ciclos de aquecimento e condensação da água. Este experimento gerou grande repercussão pelos resultados positivos: fora gerado uma variedade de aminoácidos e moléculas orgânicas. Logo, a elaboração deste experimento foi fundamental para dar força à hipótese de Oparin-Haldane, proporcionando a elaboração de uma teoria, que assim como todas as outras, possuem evidências sustentando-as e são sujeitas à refutação.

As lacunas

   Saber de fato como as primeiras formas de vida foram originadas não é uma tarefa simples. Como já dito, a explicação mais aceita no meio acadêmico para explicar tal fenômeno é a Teoria da Evolução Química (ou Molecular) da Vida, uma vez que ela é a que detém mais evidências a seu favor e que, ao contrário da hipótese Criacionista, possui como base a metodologia científica. Apesar de não nos fornecer a resposta dessa questão tão antiga e tão “clichê”, o estudo de Powner e de sua equipe reforça ainda mais tal conjectura, uma vez que ele nos fornece dados fundamentais para que possamos saber um pouco mais sobre quais caminhos devemos seguir para desbravar a trilha de nossos ancestrais.  Contudo, esse é só o começo; ainda faltam muitas peças neste quebra cabeça histórico-biológico relativo às nossas origens. 

   Fonte da imagem utilizada: Supernova Condensate, 2012. Disponível em: https://supernovacondensate.net/2012/08/08/cold-soup-or-warm-soda/primordial-soup-can/>. Aceso em: 28/11/2019.