Origem da Vida: uma nova possibilidade para a formação do RNA.

O vidro vulcânico criou RNA e resolveu a origem da vida? Calma, não é bem assim!

Uma publicação que circula pelas redes sociais afirma que cientistas descobriram que o vidro vulcânico pode desencadear espontaneamente a formação de RNA e que isso poderia até “resolver o mistério de como a vida começou na Terra”. A história tem fundamento científico e se baseia em um trabalho publicado em 2022 na revista Astrobiology. Mas, como acontece frequentemente quando resultados científicos chegam às redes sociais, o estudo é muito interessante; a conclusão divulgada é que foi longe demais.

O trabalho, realizado por Craig Jerome e colaboradores, investigou o que acontece quando precursores do RNA entram em contato com vidros de composição semelhante à de rochas que provavelmente existiam na superfície terrestre há cerca de 4,3 a 4,4 bilhões de anos. Esses vidros poderiam ser produzidos tanto pela atividade vulcânica quanto por impactos sobre a superfície terrestre.

E o resultado realmente merece atenção.

O vidro pode favorecer a formação de cadeias de RNA.

Os pesquisadores utilizaram vidros com diferentes composições, incluindo materiais correspondentes a basalto, diabásio, gabro, andesito e nefelinito. Em contato com determinados vidros, os compostos fornecidos pelos pesquisadores começaram a formar polímeros de ribonucleotídeos. Dependendo da análise empregada, foram observadas moléculas com dezenas a centenas de nucleotídeos. Parte considerável das ligações encontradas era do tipo 3'-5' (entre os grupos dos carbonos 3' e 5' da pentose), como é comum nos ácidos nucleicos que conhecemos. Os próprios autores reconhecem, entretanto, que também poderiam existir ligações 2'-5' e ramificações nas moléculas produzidas.

Mais interessante ainda: a reação ocorreu em água, a 25 °C e em condições relativamente simples. Alguns dos vidros de composição semelhante à de rochas basálticas, relativamente ricas em ferro e magnésio, funcionaram como catalisadores acelerando as reações, enquanto o quartzo utilizado como referência não apresentou o mesmo resultado.

Até aqui, excelente.

Mas precisamos olhar com atenção para aquilo que foi colocado no tubo antes de a reação começar. O experimento não começou com moléculas simples. Algumas divulgações dizem que os pesquisadores colocaram no sistema “nucleosídeos trifosfatados”. Essa é, inclusive, a terminologia empregada no próprio artigo: ribonucleoside triphosphates.

Quimicamente, porém, isso merece uma explicação para quem aprendeu Bioquímica no ensino médio. Chamamos de nucleosídeo a associação entre uma base nitrogenada e uma pentose. Quando acrescentamos fosfato, temos aquilo que didaticamente classificamos como nucleotídeo. ATP, GTP, CTP e UTP, portanto, são nucleotídeos trifosfatados, embora a nomenclatura bioquímica internacional consagre expressões como nucleoside triphosphate.

E aqui aparece uma diferença enorme entre dizer que “o vidro vulcânico produziu RNA” e descrever exatamente o que aconteceu. Os pesquisadores colocaram no sistema ATP, GTP, CTP e UTP já prontos — 3 μM (0,000003 mol/L) de cada um nos experimentos descritos. Ou seja, moléculas relativamente complexas, contendo uma base nitrogenada, uma ribose e três grupos fosfato, já estavam disponíveis no início da experiência.

O vidro não produziu adenina, guanina, citosina ou uracila. Não produziu ribose. Não juntou espontaneamente base, açúcar e fosfato para fabricar os quatro nucleotídeos. Tampouco resolveu, nesse experimento, como esses nucleotídeos teriam sido fosforilados e acumulados em quantidade suficiente na Terra primitiva. O que o vidro fez foi favorecer a polimerização de unidades que já estavam prontas e quimicamente ativadas.

Isso não diminui a importância do resultado. Apenas coloca a descoberta no lugar correto dentro do enorme quebra-cabeça da origem da vida. Aliás, os próprios autores são bem mais cuidadosos do que muitas postagens encontradas nas redes sociais: concluem que seus resultados indicam que polirribonucleotídeos poderiam estar disponíveis em ambientes hadeanos se os trifosfatos estivessem disponíveis (hadeano é o éon mais antigo da história da Terra, aproximadamente entre 4,6 e 4,0 bilhões de anos atrás, período em que se situam os cenários discutidos para a química prebiótica inicial) .

Esse “se” faz uma enorme diferença.

E quem escolheu A, U, C e G?

Há ainda uma questão fascinante.

Nos seres vivos atuais, a produção e a utilização do RNA ocorrem dentro de sistemas bioquímicos altamente organizados. Enzimas reconhecem substratos, selecionam nucleotídeos e controlam sua incorporação às moléculas.

Na experiência com vidro vulcânico não havia uma RNA-polimerase fazendo essa seleção. Os pesquisadores simplesmente forneceram os quatro ribonucleotídeos que constituem predominantemente o RNA moderno: ATP, UTP, GTP e CTP. O estudo mostrou, inclusive, formação de produtos quando esses nucleotídeos foram incubados separadamente.

Isso levanta uma pergunta interessante que o experimento não pretende responder: por que um polímero prebiótico deveria necessariamente conter apenas as quatro bases que encontramos predominantemente no RNA moderno?

Se outros ribonucleotídeos ou moléculas estruturalmente semelhantes estivessem presentes no ambiente primitivo e fossem capazes de participar da reação, não podemos simplesmente presumir que o vidro faria a seleção que hoje é realizada pelos sistemas biológicos.

Até mesmo a presença de timina merece essa reflexão. Timina não é quimicamente proibida em uma molécula de RNA. Quando associada à ribose, temos a ribotimidina, e a ribotimidina ocorre naturalmente, por exemplo, em moléculas de RNA transportador (!).

Isso não significa que o experimento tenha demonstrado a incorporação indiscriminada de timina ou de quaisquer outras bases. Não demonstrou. Significa apenas que não devemos transformar a composição escolhida pelos pesquisadores para o experimento em evidência de que os primeiros polímeros prebióticos necessariamente apresentavam exatamente o conjunto de bases do RNA atual.

É perfeitamente razoável investigar a possibilidade de que a evolução química tenha passado por polímeros mais heterogêneos antes que determinados componentes fossem selecionados e conservados pelos sistemas biológicos posteriores.

Produzir um polímero também não significa produzir vida

Existe outra distância enorme que frequentemente desaparece nas manchetes. Obter uma cadeia de ribonucleotídeos não significa obter uma molécula capaz de armazenar informação biologicamente útil. Muito menos significa obter uma molécula capaz de copiar a si própria.

O trabalho demonstrou a formação abiótica de polirribonucleotídeos, alguns suficientemente longos para serem interessantes do ponto de vista da química prebiótica. Os autores discutem justamente a possibilidade de moléculas desse tamanho participarem de processos associados ao chamado “Mundo de RNA”.

Mas uma sequência aleatória de centenas de nucleotídeos não se transforma automaticamente em um sistema genético.

Para que apareça evolução darwiniana ou pós-darwiniana, precisamos chegar a sistemas nos quais exista, de alguma maneira, hereditariedade, variação e reprodução diferencial. É preciso explicar como moléculas capazes de realizar alguma função poderiam ser copiadas, como variantes poderiam surgir e como determinadas variantes poderiam persistir.

E ainda teremos outros problemas pela frente: compartimentalização, metabolismo, disponibilidade de energia, integração entre diferentes sistemas químicos e, finalmente, a transição para sistemas celulares.

Portanto, estamos muito longe de colocar quatro nucleotídeos sobre uma pedra e assistir ao nascimento da vida.

Então o estudo é pouco importante?

Muito pelo contrário.

Uma das grandes dificuldades dos estudos sobre origem da vida é encontrar processos que sejam simultaneamente quimicamente possíveis e geologicamente plausíveis. Não basta produzir determinada molécula por meio de uma sequência sofisticada de procedimentos de laboratório se não conseguirmos imaginar como condições semelhantes poderiam existir naturalmente na Terra primitiva.

Nesse aspecto, o trabalho de Jerome e colaboradores é muito interessante. Vidros derivados de materiais basálticos e diabásicos poderiam ter sido abundantes na Terra do Hadeano, produzidos pelo vulcanismo e por impactos de meteoritos. Mostrar que superfícies minerais desse tipo podem favorecer a polimerização de ribonucleotídeos oferece um mecanismo natural possível para uma etapa importante do problema.

E isso também ajuda a explicar o interesse astrobiológico da descoberta. Materiais basálticos não são exclusividade da Terra, de modo que processos semelhantes podem ser considerados quando investigamos a química prebiótica de outros corpos rochosos.

Mas possibilidade química não é evidência de que a vida tenha efetivamente surgido dessa maneira — na Terra ou fora dela.

Uma peça importante, mas ainda uma peça

Talvez essa seja a maneira mais adequada de interpretar o trabalho.

Os pesquisadores não resolveram a origem da vida. Não produziram nucleotídeos a partir de substâncias inorgânicas simples. Não demonstraram a origem de um código genético. Não produziram um RNA autorreplicante. E certamente não criaram vida sobre vidro vulcânico.

Demonstraram algo mais específico e cientificamente muito relevante: certos vidros de composição compatível com ambientes da Terra primitiva podem catalisar a formação de polímeros de ribonucleotídeos a partir de precursores trifosfatados previamente disponíveis.

Isso já é bastante coisa. Talvez um dos problemas da divulgação científica contemporânea seja imaginar que toda descoberta precisa “resolver um mistério” para ser interessante. Não precisa.

A origem da vida provavelmente não será explicada por um único experimento espetacular. O cenário mais provável é que avancemos encaixando, pouco a pouco, diferentes peças: de onde vieram as moléculas orgânicas, como foram concentradas, como se formaram os primeiros polímeros, como alguns deles adquiriram atividade catalítica, como surgiram mecanismos de replicação, como apareceram compartimentos e como, em algum momento dessa longa história química, surgiu algo que finalmente poderíamos chamar de vida.

O vidro vulcânico pode ter nos ajudado a compreender uma dessas peças.

E isso, por si só, já é uma excelente descoberta científica.

Referência: Jerome, C. A.; Kim, H.-J.; Mojzsis, S. J.; Benner, S. A.; Biondi, E. (2022). Catalytic Synthesis of Polyribonucleic Acid on Prebiotic Rock Glasses. Astrobiology, 22(6), 629–636.

P.S. – E as argilas?

A participação de superfícies minerais na química que antecedeu o surgimento da vida não é uma ideia nova. Desde pelo menos a década de 1970, experimentos mostram que minerais de argila podem adsorver e concentrar aminoácidos e favorecer a formação de ligações peptídicas. Em trabalhos clássicos, aminoácidos ou derivados ativados foram submetidos à ação de argilas, como a montmorillonita, obtendo-se pequenos peptídeos e, em determinadas condições experimentais, cadeias maiores. Outros estudos utilizaram ciclos de umedecimento e secagem, procurando reproduzir condições que poderiam ocorrer naturalmente na Terra primitiva.

Há, portanto, um paralelo interessante com o estudo do vidro vulcânico apresentado neste texto: superfícies minerais, com íons metálicos funcionando como catalisadores, podem concentrar moléculas orgânicas e favorecer reações de polimerização que, em solução aquosa, seriam muito menos eficientes. Isso não significa que uma pedra ou uma porção de argila tenha “criado a vida”, mas reforça uma ideia importante nos estudos sobre evolução química: a geologia da Terra primitiva pode ter participado ativamente da química que antecedeu a Biologia.