Novo método detecta sinais de vida primordial na Terra em rochas antigas.

Reportagem de Will Dunham; Edição de Daniel Wallis

Reportagem de Will Dunham; Edição de Daniel Wallis
Quando a vida surgiu, foi tão rápido. Os fósseis sugerem que os micróbios estavam presentes há 3,7 bilhões de anos, apenas algumas centenas de milhões de anos depois que o planeta de 4,5 bilhões de anos esfriou o suficiente para suportar a bioquímica, e muitos pesquisadores pensam que o material hereditário para esses primeiros organismos era o RNA.
Embora não seja tão complexo quanto o DNA, o RNA ainda seria difícil de forjar nas longas cadeias necessárias para transmitir informações genéticas, levantando a questão de como ele poderia ter se formado espontaneamente.
Agora, os pesquisadores podem ter uma resposta. Em experimentos de laboratório, eles mostram como rochas chamadas de vidros basálticos ajudam letras individuais de RNA, conhecidas como trifosfatos de nucleosídeos, a se ligarem em cadeias de até 200 letras. Os vidros teriam sido abundantes no fogo e enxofre da Terra primitiva; eles são criados quando a lava é extinta no ar ou na água ou quando a rocha derretida criada em ataques de asteroides esfria rapidamente.
O resultado dividiu os principais pesquisadores da origem da vida. “Esta parece ser uma história maravilhosa que finalmente explica como os trifosfatos de nucleosídeos reagem uns com os outros para dar cadeias de RNA”, diz Thomas Carell, químico da Universidade Ludwig Maximilian de Munique. Mas Jack Szostak, especialista em RNA da Universidade de Harvard, diz que não acreditará no resultado até que a equipe de pesquisa caracterize melhor as fitas de RNA.
Os pesquisadores da origem da vida gostam de um “mundo de RNA” primordial porque a molécula pode realizar dois processos distintos vitais para a vida. Como o DNA, é composto de quatro letras químicas que podem carregar informações genéticas. E como as proteínas, o RNA também pode catalisar reações químicas necessárias para a vida.
Mas o RNA também traz dores de cabeça. Ninguém encontrou um conjunto de condições prebióticas plausíveis que fariam com que centenas de letras de RNA – cada uma delas moléculas complexas – se ligassem em filamentos longos o suficiente para sustentar a química complexa necessária para desencadear a evolução.
Stephen Mojzsis, geólogo do Centro de Pesquisa em Astronomia e Ciências da Terra da Academia Húngara de Ciências , questionou se os vidros basálticos desempenharam um papel. Eles são ricos em metais como magnésio e ferro que promovem muitas reações químicas. E, diz ele, “o vidro basáltico estava em toda parte na Terra na época”.
Ele enviou amostras de cinco vidros de basalto diferentes para a Foundation for Applied Molecular Evolution. Lá, Elisa Biondi, bióloga molecular, e seus colegas moeram cada amostra em um pó fino, esterilizaram e misturaram com uma solução de trifosfatos de nucleosídeos. Sem um pó de vidro presente, as letras de RNA não conseguiram se conectar. Mas quando misturadas com os pós de vidro, as moléculas se juntaram em longos fios , com algumas centenas de letras, relatam os pesquisadores esta semana na revista Astrobiology . Nenhum calor ou luz era necessário. “Tudo o que tivemos que fazer foi esperar”, diz Biondi. Pequenas fitas de RNA se formaram após apenas um dia, mas as fitas continuaram crescendo por meses. “A beleza deste modelo é sua simplicidade”, diz Jan Špaček, biólogo molecular da Firebird Biomolecular Sciences. “Misture os ingredientes, espere alguns dias e detecte o RNA.”
Ainda assim, os resultados levantam muitas questões. Uma é como os trifosfatos de nucleosídeos podem ter surgido em primeiro lugar. O colega de Biondi, Steven Benner, diz que pesquisas recentes mostram como os mesmos vidros basálticos poderiam ter promovido a formação e estabilização das letras de RNA individuais.
Um problema maior, diz Szostak, é a forma das longas fitas de RNA. Nas células modernas, as enzimas garantem que a maioria dos RNAs cresça em longas cadeias lineares. Mas as letras de RNA também podem se ligar em padrões complexos de ramificação. Szostak quer que os pesquisadores relatem o tipo de RNA que os vidros basálticos criaram. “Acho muito frustrante que os autores tenham feito uma descoberta inicial interessante, mas depois decidiram seguir o hype em vez da ciência”, diz Szostak.
Biondi admite que o experimento de sua equipe quase certamente produz uma pequena quantidade de ramificação de RNA. No entanto, ela observa que alguns RNAs ramificados existem em organismos hoje, e estruturas relacionadas podem estar presentes no início da vida. Ela também diz que outros testes que o grupo realizou confirmam a presença de longos fios com conexões que provavelmente significam que são lineares. “É um debate saudável”, diz Dieter Braun, químico de origem da vida da Ludwig Maximilian. “Isso desencadeará a próxima rodada de experimentos.”
por Felix Würsten, ETH Zurique
21 de março de 2022
Kimberlitos são rochas complexas que chegaram à superfície da Terra de grandes profundidades. A imagem mostra uma seção fina de um kimberlito rico em carbonato. Crédito: David Swart / Exposição Mensageiros do Manto
O rápido desenvolvimento da fauna há 540 milhões de anos mudou permanentemente a Terra – profundamente em seu manto inferior. Uma equipe liderada pelo pesquisador da ETH Andrea Giuliani encontrou vestígios desse desenvolvimento em rochas dessa zona.
É fácil ver que os processos no interior da Terra influenciam o que acontece na superfície. Por exemplo, os vulcões desenterram rochas magmáticas e emitem gases na atmosfera, influenciando assim os ciclos biogeoquímicos do nosso planeta.
O que é menos óbvio, porém, é que o inverso também é verdadeiro: o que acontece na superfície da Terra afeta o interior da Terra – mesmo em grandes profundidades. Esta é a conclusão alcançada por um grupo internacional de pesquisadores liderados por Andrea Giuliani, SNSF Ambizione Fellow no Departamento de Ciências da Terra da ETH Zurich, em um novo estudo publicado na revista Science Advances . inferior da manto .
Carbono como mensageiro
Em seu estudo, os pesquisadores examinaram rochas vulcânicas raras contendo diamantes chamadas kimberlitos de diferentes épocas da história da Terra. Essas rochas especiais são mensageiros das regiões mais baixas do manto da Terra. Os cientistas mediram a composição isotópica do carbono em cerca de 150 amostras dessas rochas especiais. Eles descobriram que a composição de kimberlitos mais jovens, com menos de 250 milhões de anos, varia consideravelmente da de rochas mais antigas. Em muitas das amostras mais jovens, a composição dos isótopos de carbono está fora do intervalo que seria esperado para rochas do manto.
Os pesquisadores veem um gatilho decisivo para essa mudança na composição dos kimberlitos mais jovens na Explosão Cambriana. Essa fase relativamente curta — geologicamente falando — ocorreu durante um período de poucas dezenas de milhões de anos no início da Época Cambriana, cerca de 540 milhões de anos atrás. Durante essa transição drástica, quase todas as tribos de animais existentes hoje apareceram na Terra pela primeira vez. “O enorme aumento de formas de vida nos oceanos mudou decisivamente o que estava acontecendo na superfície da Terra”, explica Giuliani. "E isso, por sua vez, afetou a composição dos sedimentos no fundo do oceano."
Dos oceanos ao manto e de volta
Para o manto inferior , essa mudança é relevante porque alguns dos sedimentos no fundo do mar, no qual o material de criaturas vivas mortas é depositado, entram no manto através das placas tectônicas. Ao longo das zonas de subducção, esses sedimentos – juntamente com a crosta oceânica subjacente – são transportados para grandes profundidades. Dessa forma, o carbono que estava armazenado como matéria orgânica nos sedimentos também chega ao manto terrestre. Lá, os sedimentos se misturam com outros rochosos do manto da Terra e depois de um certo tempo, estimado em pelo menos 200 a 300 milhões de anos, sobem à superfície da Terra novamente em outros lugares – por exemplo, na forma de magmas de kimberlito.
É notável que as mudanças nos sedimentos marinhos deixem traços tão profundos, porque, em geral, apenas pequenas quantidades de sedimentos são transportadas para as profundezas do manto ao longo de uma zona de subducção. “Isso confirma que o material rochoso subduzido no manto da Terra não é distribuído homogeneamente, mas se move ao longo de trajetórias específicas”, explica Giuliani.
A Terra como um sistema total
Além do carbono, os pesquisadores também examinaram a composição isotópica de outros elementos químicos. Por exemplo, os dois elementos estrôncio e háfnio mostraram um padrão semelhante ao carbono. "Isso significa que a assinatura do carbono não pode ser explicada por outros processos, como a desgaseificação, porque senão os isótopos de estrôncio e háfnio não seriam correlacionados com os do carbono", observa Giuliani.
As novas descobertas abrem a porta para mais estudos. Por exemplo, elementos como fósforo ou zinco, que foram significativamente afetados pelo surgimento da vida, também podem fornecer pistas sobre como os processos na superfície da Terra influenciam o interior da Terra. "A Terra é realmente um sistema global complexo", diz Giuliani. "E agora queremos entender esse sistema com mais detalhes."