Origem da vida: como surgiu a autorreplicação na Terra antiga

Por , em 29.07.2015

Quando a vida na Terra começou, quase quatro bilhões de anos atrás, blocos pequenos e simples de construções moleculares conhecidas como “monômeros” podem ter se juntado em cadeias mais longas chamadas de “polímeros”. Esses polímeros, por sua vez, desenvolveram a capacidade de fazer cópias de si mesmos.

Essa é a teoria foi criada por um novo modelo da origem da vida, publicado esta semana na revista científica Journal of Chemical Physics.

Segundo os pesquisadores Alexei Tkachenko, do Brookhaven National Laboratory, e Sergei Maslov, da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, ambos nos EUA, a concorrência entre estas moléculas permitiu que as mais eficientes em fazer cópias de si mesmas fossem mais rápidas. Como elas partilhavam essa característica com suas cópias, as melhores replicadoras encheram a “sopa primordial” da Terra mais rápido do que os outros polímeros, dando origem ao que nós pensamos hoje como a vida.

Dúvida antiga

Sem registro fóssil para verificar os primeiros dias da vida na Terra, a história de sua origem é uma narrativa com capítulos faltando. Uma questão em particular para resolver esse mistério é: o que permitiu que uma sopa primordial de monômeros individuais se tornasse uma sopa de polímeros de autorreplicação?

O novo modelo de Tkachenko e Maslov propõe um mecanismo potencial pelo qual a autorreplicação pode ter surgido. Esse modelo postula que a “ligadura assistida por um suporte”, a união de dois polímeros usando um terceiro, poderia ter permitido que os polímeros se tornassem autorreplicantes.

Origens da autorreplicação

A autorreplicação é um processo complicado – DNA, a base para a vida na Terra hoje, requer uma força coordenada de enzimas e outras moléculas a fim de se duplicar. Os cientistas creem que os primeiros sistemas autorreplicantes eram mais rudimentares.

Baseados nessa ideia, Tkachenko e Maslov propuseram um modelo de como as primeiras moléculas autorreplicantes trabalhavam. O modelo alterna entre a fase “dia”, na qual os polímeros individuais flutuam livremente, e a fase “noite”, na qual eles se juntam para formar cadeias maiores via ligadura assistida. As fases são conduzidas pelas alterações cíclicas das condições ambientais, tais como temperatura, pH e salinidade, que induzem os polímeros a se unir ou a se separar.

A ideia é que, durante a fase “noite”, múltiplos polímeros curtos se liguem a cadeias mais longas de polímeros que atuam como “suporte”. O suporte segura os polímeros mais curtos em proximidade suficiente uns dos outros para que possam se ligar e formar uma cópia complementar maior – de pelo menos parte do polímero suporte.

Com o tempo, os polímeros sintetizados passam a dominar, dando origem a um sistema autocatalítico e autossustentável de moléculas grandes o suficiente para potencialmente codificar as primeiras formas de vida.

Hereditariedade

Os polímeros também podem se ligar sem a ajuda de um suporte, mas o processo é um pouco mais aleatório, e a cadeia que se forma em uma geração não será necessariamente passada para a próxima.

Ligadura assistida por suporte, por outro lado, é um meio mais fiel de preservar a informação, já que proporciona um mecanismo potencial de hereditariedade.

Essa ideia da ligadura foi originalmente proposta na década de 1980, mas de uma forma qualitativa. “Agora é um modelo real que pode ser executado através de um computador”, disse Tkachenko. “É uma peça sólida de ciência à qual você pode adicionar outros recursos e estudar os efeitos de memória e herança”.

Limitações

Sob o modelo de Tkachenko e Maslov, a transformação de monômeros a polímeros é muito repentina. Também é histerética – o que significa é necessário um determinado conjunto de condições para dar o salto inicial de monômeros a polímeros autorreplicantes. Porém, essas exigências rigorosas não são necessárias para manter o sistema autorreplicante uma vez que ele já passou por esse primeiro obstáculo.

Uma limitação do modelo que os pesquisadores planejam abordar em estudos futuros é a sua suposição de que todas as sequências de polímero são igualmente prováveis de ocorrer.

Transmissão de informações requer variação hereditária – certas combinações de códigos para proteínas específicas, que têm funções diferentes. O próximo passo, então, é considerar um cenário em que algumas sequências tornam-se mais comuns que outras, permitindo que o sistema transmita informações significativas.

Depois da sopa, é isso

O modelo se encaixa com a hipótese atualmente favorecida de que a vida na Terra começou com moléculas de RNA autocatalíticas que, em seguida, levaram ao DNA mais estável e mais complexo como um modo de herança.

Entretanto, como é muito geral, pode ser utilizada para testar quaisquer hipóteses da origem da vida que dependam do surgimento de um sistema simples autocatalítico.

“O modelo, por design, é muito geral”, disse Maslov. “Nós não estamos tentando resolver a questão de onde esta sopa primordial de monômeros veio ou quais moléculas específicas estão envolvidas”.

Em vez disso, o modelo apenas mostra um caminho fisicamente plausível para os monômeros virarem polímeros autorreplicantes, avançando nossa compreensão sobre a origem da vida. [Phys]

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