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As condições que podem ter desencadeado a vida na Terra

2 de outubro de 2024

Os cientistas acreditam que estão a começar a compreender as condições que originaram a vida na Terra , demonstrando em laboratório uma multiplicação massiva de ADN em poucos minutos.

Há mais de 4 mil milhões de anos, os compostos químicos juntaram-se para formar a vida .

Este evento ocorreu quando a Terra era muito jovem – apenas algumas centenas de milhões de anos. Na época, a Terra estava sendo bombardeada por asteroides. Grande parte da superfície estava derretida. Esta primeira parte da história do nosso planeta é apropriadamente chamada de Hadean, em homenagem ao antigo deus grego dos mortos e rei do submundo.

Conceito artístico mostrando como a superfície da Terra apareceu durante o éon Hadeano. Crédito: Stocktrek Images / Stocktrek Images / Getty Images Plus.

Mas o Hadeano também viu o desenvolvimento – depois que a Terra esfriou – da nossa atmosfera e dos oceanos. Foi nestes primeiros oceanos que os cientistas teorizam que a “sopa primordial” de compostos químicos à base de carbono se reuniu pela primeira vez para formar os blocos de construção da vida.

Quais condições permitiram que esse processo ocorresse permaneceram um mistério.

Uma nova pesquisa publicada na revista eLife descreve evidências que sugerem que um simples cenário geofísico poderia ter levado aos blocos de construção da vida.

Um fluxo de gás através de um canal estreito de água pode criar um ambiente físico, dizem os investigadores, que leva à replicação de ácidos nucleicos – as biomoléculas de armazenamento de informação que constituem o ADN e o ARN.

A vida não precisa apenas da replicação do ácido nucléico. Também exige que as cadeias de ARN se separem novamente após o processo de replicação – algo que é difícil dadas as condições necessárias para a replicação em primeiro lugar.

“Vários mecanismos foram estudados quanto ao seu potencial para separar cadeias de DNA na origem da vida, mas todos eles exigem mudanças de temperatura que levariam à degradação dos ácidos nucléicos”, diz o autor principal Philipp Schwintek, Ph.D. estudante da Ludwig-Maximilians-Universität München, Alemanha.

“Investigamos um cenário geológico simples e onipresente, onde o movimento da água através de um poro da rocha era seco por um gás que percolava através da rocha para chegar à superfície”, explica Schwintek. “Tal cenário seria muito comum em ilhas vulcânicas da Terra primitiva, que ofereciam as condições secas necessárias para a síntese de RNA.”

Replicação na interface gás-água. Consideramos um cenário geológico em que a água, contendo biomoléculas, é evaporada por um fluxo de gás na escala de milímetros. Nas rochas vulcânicas porosas, muitas dessas configurações podem ser imaginadas. 

 

O fluxo de gás induz correntes convectivas de água e faz com que ela evapore. Os ácidos nucleicos e sais dissolvidos acumulam-se na interface gás-água devido às correntes interfaciais, mesmo que o influxo vindo de baixo seja água pura. Através do vórtice induzido, os ácidos nucleicos passam por diferentes concentrações de sal, promovendo a separação das cadeias e permitindo-lhes replicar-se exponencialmente. Nossos experimentos replicam esse ambiente em microescala, submetendo um volume de amostra definido a um influxo contínuo de água pura com um fluxo de ar passando. Crédito: eLife (2024). DOI: 10.7554/eLife.100152.1

A equipe descobriu o processo construindo um modelo de laboratório de um cenário antigo na Terra com poros rochosos, fluxo de água e fluxo de gás.

Eles encontraram um acúmulo de fitas de DNA na interface entre a água e o gás.

Em 5 minutos, havia 3 vezes mais DNA do que no início do experimento. Depois de uma hora, a quantidade de DNA se multiplicou por 30.

Nova pesquisa explicita os passos químicos simples que podem ter lançado o mundo de RNA.

Mark Garlick/Science Source

Químicos encontram uma receita que pode ter iniciado a vida na Terra

By Robert F. ServiceOct. 18, 2018 , 1:55 PM

ATLANTA—Na dança molecular que deu origem à vida na Terra, o RNA parece ser um ator central. Mas as origens da molécula, que pode armazenar informações genéticas como o DNA e acelerar reações químicas como as proteínas, permanecem um mistério. Agora, uma equipe de pesquisadores mostrou pela primeira vez que um conjunto de materiais iniciais simples, que provavelmente estavam presentes na Terra primitiva, pode produzir todos os quatro blocos químicos de RNA.

Those building blocks—cytosine, uracil, adenine, and guanine—have previously been re-created in the lab from other starting materials. In 2009, chemists led by John Sutherland at the University of Cambridge in the United Kingdom devised a set of five compounds likely present on early Earth that could give rise to cytosine and uracil, collectively known as pyrimidines. Then, 2 years ago, researchers led by Thomas Carell, a chemist at Ludwig Maximilian University in Munich, Germany, reported that his team had an equally easy way to form adenine and guanine, the building blocks known as purines. But the two sets of chemical reactions were different. No one knew how the conditions for making both pairs of building blocks could have occurred in the same place at the same time.

Now, Carell says he may have the answer. On Tuesday, at the Origins of Life Workshop here, he reported that he and his colleagues have come up with a simple set of reactions that could have given rise to all four RNA bases.

Carell’s story starts with only six molecular building blocks—oxygen, nitrogen, methane, ammonia, water, and hydrogen cyanide, all of which would have been present on early Earth. Other research groups had shown that these molecules could react to form somewhat more complex compounds than the ones Carell used.

To make the pyrimidines, Carell started with compounds called cyanoacetylene and hydroxylamine, which react to form compounds called amino-isoxazoles. These, in turn, react with another simple molecule, urea, to form compounds that then react with a sugar called ribose to make one last set of intermediate compounds.

Finalmente, na presença de compostos contendo enxofre chamados tióis e vestígios de sais de ferro ou níquel, esses intermediários se transformam nas pirimidinas citosina e uracila. Como um bônus, esta última reação é desencadeada quando os metais nos sais abrigam cargas positivas extras, que é precisamente o que ocorre na etapa final em uma cascata molecular semelhante que produz as purinas, adenina e guanina. Melhor ainda, o passo que leva a todos os quatro nucleotídeos funciona em um único pote, diz Carell, oferecendo pela primeira vez uma explicação plausível de como todos os blocos de construção do RNA poderiam ter surgido lado a lado.

“It looks pretty good to me,” says Steven Benner, a chemist with the Foundation for Applied Molecular Evolution in Alachua, Florida. The process provides a simple way to produce all four bases under conditions consistent with those believed present on early Earth, he says.

O processo não resolve todos os mistérios do RNA. Por exemplo, outro passo químico ainda precisa “ativar” cada um dos quatro blocos de construção do RNA para ligá-los às longas cadeias que formam material genético e realizar reações químicas. Mas fazer o RNA sob condições como as presentes na Terra primitiva agora parece acessível.

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doi:10.1126/science.aav7778