A ciência se aproxima da criação da vida em laboratório

Três cientistas dão um passo essencial para certificar que é possível explicar o surgimento dos seres vivos sem recorrer a forças sobrenaturais

11 JUL 2019 - 16:25 CEST

Águas termais no Parque Nacional de Yellowstone, nos EUA. Getty Images/Peter Unger

Em nosso planeta há 4.200 religiões, todas elas diferentes e incompatíveis entre si, então todo mundo de alguma forma é ateu. Uma pessoa que creia firmemente em uma religião não engole as outras 4.199. O Corão afirma que Alá criou todos os seres vivos a partir da água. O Deus da Bíblia diz: “Produza a terra seres vivos segundo a sua espécie: animais domésticos, répteis e animais selvagens, segundo a sua espécie”. E, segundo um mito do hinduísmo, o primeiro ser vivente, o deus Brama, brotou de uma flor de lótus. Os cientistas, enquanto isso, acabam de dar outro passo essencial para averiguar como a vida realmente surgiu e para reproduzir este processo em laboratório. “Seria a prova definitiva de que a vida emerge da química e que não é preciso recorrer a nenhuma força sobrenatural”, resume o bioquímico Juli Peretó, da Universidade de Valência (Espanha).

“Acredito que estamos a uns cinco ou dez anos de criar uma proto-célula funcional”, diz o químico Matthew Powner, do University College de Londres. Sua equipe está na vanguarda do exército de cientistas que tentam verificar como – a partir de elementos químicos da Terra primitiva, tais quais hidrogênio, carbono e enxofre – a vida surgiu por acaso: estruturas com capacidade de copiar a si mesmas e se autos sustentar. Seu último avanço foi publicado nesta quinta-feira na revista Nature.

 

 

Há mais de 60 anos os cientistas tentam fabricar peptídeos, um dos ingredientes fundamentais dos seres vivos. Os peptídeos são cadeias curtas de aminoácidos, uma espécie de versão curta das proteínas. Entretanto, os pesquisadores passaram décadas chocando-se contra um muro: suas sopas artificiais de água e aminoácidos não formavam peptídeos em laboratório. Paradoxalmente, a equipe britânica conseguiu avançar dando um passo atrás.

Os três químicos do University College de Londres – Matthew Powner, Pierre Canavelli e Saidul Islam – demonstraram que os peptídeos puderam surgir nessa Terra primitiva sem necessidade de aminoácidos nem de forças sobrenaturais. A receita seria uma singela sopa de água e aminonitrilas, precursores dos aminoácidos que só precisariam dos ingredientes presentes naquele ambiente anterior à vida, quatro bilhões de anos atrás, como o ácido sulfídrico (formado por hidrogênio e enxofre) e o ferrocianeto (carbono, nitrogênio e ferro). Utilizando uma comparação de Juli Peretó, os cientistas teimavam em escrever a palavra ABC a partir das letras a, b e c, mas isso não funcionava na água. Powner escreveu ABC juntando os precursores de a, os precursores de b e os precursores de c, sem passar pelas letras a, b e c. Formou cadeias de aminoácidos (peptídeos) sem usar aminoácidos.

“Estamos perto de chegar ao fim do princípio: sintetizar as moléculas funcionais da vida. O passo seguinte será integrar estas moléculas em um sistema”, explica Powner, discípulo de John Sutherland, um dos cientistas mais respeitados no campo da origem química da vida. O professor é mais precavido. “Se pensarmos em como as catedrais foram construídas, as pessoas que punham os alicerces morriam muito antes que a majestosa estrutura da catedral fosse visível. Eu estaria orgulhoso de ser dos que puseram os alicerces de uma protocélula”, declarou Sutherland em 2015, numa conversa com o próprio Peretó publicada na revista Mètode.

"Acredito que estamos a uns cinco ou dez anos de criar uma protocélula funcional", diz o químico Matthew Powner

“Não estamos longe, no sentido conceitual, de criar vida em laboratório. A polêmica pode estar no que consideramos que está vivo”, opina Peretó, que não participou do trabalho de Powner. O bioquímico da Universidade de Valência adverte que ainda falta muito caminho até a criação de uma célula a partir de elementos químicos presentes na Terra primitiva. “Outro componente essencial seria a membrana celular, e ainda há poucas propostas sobre como teria se formado”, salienta.

O pesquisador Iñaki Ruiz-Trillo, do Instituto de Biologia Evolutiva de Barcelona, acredita que o novo estudo é “impressionante”. No seu entender, o trabalho “talvez também poderia indicar que certas condições adequadas na Terra já foram capazes de permitir a formação de peptídeos, sem necessidade de pensar em nada que venha de outros lugares”, em referência às hipóteses segundo as quais alguns ingredientes da vida chegaram sobre meteoritos.

O químico Matthew Powner. UCL

“[O estudo de Powner] não resolve a questão de como apareceram os primeiros seres vivos, mas contribui para abrir o caminho para entender o que pode ter ocorrido, que é um dos maiores desafios da biologia e da ciência em geral”, afirma o bioquímico Juan Antonio Aguilera, da Universidade de Granada. “Para alguns, é o maior desafio.”

O maravilhoso fenômeno da vida

Qual a origem de todos os seres vivos? Em sua coluna de março, Adilson de Oliveira fala sobre os processos físicos e químicos envolvidos no surgimento, manutenção e perpetuação da vida. 

 

Por: Adilson de Oliveira

Publicado em 15/03/2013 | Atualizado em 15/03/2013

O surgimento dos seres vivos é um fenômeno singular que resultou de inúmeras experiências feitas pela própria natureza ao longo de bilhões de anos. (foto: Sxc.hu) 

 

Um dos fenômenos mais maravilhosos que existem é a vida. Qualquer um já se emocionou ao ver o nascimento de uma criança ou de um animal. Nascem pequenos e frágeis, totalmente dependentes, mas depois crescem e se tornam aptos a se reproduzir e dar continuidade à espécie.
Mas como surgiu a vida em nosso planeta? Como essa vida poderá ser preservada, se ao longo do tempo observamos o desaparecimento de inúmeras espécies? Essas são questões extremamente complexas e que não têm respostas definitivas. Também não tenho a pretensão de apresentar qualquer resposta, mas podemos refletir um pouco sobre como a matéria conseguiu se organizar e como a natureza pôde produzir seres tão complexos como nós, que são capazes de pensar sobre isso.

Sabemos que somos feitos de átomos e estes têm uma estrutura nuclear composta por prótons (partículas com carga elétrica positiva) e nêutrons (sem carga elétrica). Ao redor do núcleo estão os elétrons (com carga elétrica negativa), que permitem que os átomos se combinem formando moléculas. Essas combinações geram estruturas que podem ser simples, com apenas dois átomos, como o gás hidrogênio (H₂), ou complexas, com vários átomos, como a molécula de DNA (ácido desoxirribonucleico), responsável pelo código genético.

Os átomos são forjados no interior das estrelas, por meio do processo de fusão nuclear de átomos de hidrogênio e hélio que elas têm em seu interior. Quando as estrelas atingem determinados estados de evolução, esses átomos são arremessados para o espaço para formar novas estrelas e, em alguns casos, planetas ao seu redor. Em condições muito particulares, esse processo permite o surgimento da vida, como aconteceu na Terra.

Os átomos são formados no interior das estrelas e arremessados no espaço em certos momentos da evolução estelar para formar novas estrelas, planetas e, em condições muito particulares, a vida. (foto: Wikimedia Commons/ Friendlystar – CC BY 3.0)

Por meio da combinação de átomos, desenvolvemos materiais que não existem na natureza e construimos equipamentos extermamente complexos. Mas nenhum deles, até hoje, conseguiu alcançar o grau de sofisticação das formas de vida que conhecemos.
A quantidade de informações existentes no código genético das espécies mais primitivas é muito superior à de qualquer dispositivo que possamos imaginar. Os diversos equipamentos desenvolvidos são fruto da inteligência humana. Os seres vivos, segundo as evidências científicas que temos, são resultado de inúmeras experiências feitas pela própria natureza ao longo de bilhões de anos.

Energia vital

Para que se consiga organizar algo, necessita-se de energia. Não se produz um equipamento ou estrutura mais complexa sem gasto energético. Em nosso cotidiano, percebemos facilmente que colocar ordem nas coisas é mais trabalhoso do que bagunçá-las.

Um organismo permanece vivo no seu estado altamente organizado ao importar energia de alta qualidade de fora de si mesmo

Para que uma estrutura se organize, não basta qualquer tipo de energia. É necessário que ela tenha certa qualidade ou capacidade para realizar um trabalho útil. Quando ocorre um processo químico ou físico, parte dessa qualidade ou capacidade de realizar trabalho sempre é perdida. Por isso, quanto maior for a complexidade do processo, mais energia ele demanda e mais qualidade ela deve ter. Em toda transformação de energia há um preço a pagar. Invariavelmente parte da energia é transformada em energia com baixa qualidade, como o calor, por exemplo.

Os seres vivos são sistemas termodinâmicos abertos, ou seja, recebem energia do meio externo. Um organismo permanece vivo no seu estado altamente organizado ao importar energia de alta qualidade de fora de si mesmo.

As plantas conseguem se desenvolver a partir da energia captada da luz solar e usada no processo de fotossíntese, que transforma gás carbônico em carboidratos (e utiliza outros elementos também). Um dos subprodutos desse processo é o oxigênio. Os animais, por sua vez, usam as plantas e outros animais como fonte de energia, que é extraída das ligações químicas desses seres durante o processo de digestão. Logo, percebemos que a principal fonte de energia em nosso planeta é o Sol.

As plantas se desenvolvem a partir da energia captada da luz solar e servem como fonte energética para os animais que as consomem. (foto: Sxc.hu)

Quando privamos um organismo das suas fontes de energia, ele morre e toda a sua estrutura se degrada rapidamente. Isso acontece porque na natureza há uma tendência de todos os sistemas, com o passar do tempo, se desorganizarem.
A ordem e a desordem estão associadas a uma característica fundamental da natureza chamada entropia. A entropia está relacionada à quantidade de informação necessária para caracterizar um sistema. Quanto maior a entropia, mais informações são necessárias para descrevermos o sistema (veja a coluna 'O caos e a ordem').

A manutenção da vida é um embate constante contra a entropia. Desde a concepção, o nosso organismo se desenvolve e fica mais complexo. Partimos de uma única célula e chegamos à fase adulta com trilhões delas, especializadas para determinadas funções. Para alcançar esse estágio, temos que consumir muita energia, pois, quanto mais desordem há no processo, mais informação necessitamos para organizá-lo.
Por exemplo, quando temos um baralho organizado na sequência das cartas e naipes, sabemos que a carta 4 de paus está depois da 3 de paus e antes da 5 de paus. Se as cartas estiverem embaralhadas, pode ser necessário verificar todas as cartas para encontrar a 4 de paus, ou seja, será preciso saber a ordem de muitas cartas antes de encontrar a desejada.

Organização genética

Para que a vida surja, é preciso certo grau de ordem. Não basta simplesmente misturarmos os elementos básicos (proteínas, aminoácidos etc.) e esperarmos que apareça uma forma de vida. São necessárias informações para que cada parte se ordene de maneira adequada. Quem cumpre essa tarefa é a molécula de DNA, que garante também a continuação da vida, ao fazer com que cada nova geração receba as informações do código genético de seus antecessores.

Para que a vida surja, é preciso certo grau de ordem. Não basta simplesmente misturarmos os elementos básicos

 

Os DNAs de todas as formas de vida do nosso planeta são formados a partir das mesmas bases proteicas, embora com graus de sofisticação diferentes. Essa é uma das evidências importantes da evolução. Todos os seres vivos, de alguma maneira, são aparentados, pois compartilham a mesma química fundamental.
A estrutura do DNA começou a ser compreendida em 1953, quando o biólogo britânico Francis Crik (1916-2004) e o biólogo norte-americano James Watson (1928-) mostraram que a molécula de DNA tem a forma de uma dupla hélice, como se fosse uma escada retorcida, em que os ‘corrimãos’ são formados por fosfato e açúcar e os degraus por uma sequência de pares de bases nitrogenadas: a adenina (A), a citosina (C), a timina (T) ou a guanina (G). Além disso, eles descobriram que a adenina só pode se ligar com a citosina e que a timina só pode se ligar com a guanina.

Essa estrutura peculiar permite que a molécula de DNA quebre a ligação entre as bases, se desenrole e faça cópias de si mesma. Como as ligações entre as bases são únicas, novas bases se ligam a cada uma das hélices, permitindo que a molécula de DNA se duplique. Dessa forma, a vida consegue se perpetuar.
Embora seja possível encontrar em nuvens estelares os elementos e alguns tijolos fundamentais da vida, como o carbono, o nitrogênio, o oxigênio e cadeias de aminoácidos, a organização desses elementos que culminou com o surgimento dos seres vivos é, até onde sabemos, um evento isolado. A vida é algo singular e, até o momento, sabemos que ela ocorreu apenas em um único lugar do universo: o nosso planeta. Para ter a completa compreensão desse incrível fenômeno, ainda será preciso superar muitos desafios. Esse é o mistério da vida!

Adilson de Oliveira
Departamento de Física
Universidade Federal de São Carlos