A vida na Terra começou com autocélulas?

Benard Convection

A convecção causada pelo aquecimento irá gerar um padrão de hexágonos em uma fina película de óleo, mostrando que a ordem pode ser trazida a um sistema. (Crédito da imagem: Van Dyke 1982, An Album of Fluid Motion)

A origem da vida na Terra ainda é um tópico muito debatido. Existem muitas teorias diferentes sobre como a vida foi iniciada, bem como vários experimentos em andamento para tentar compreender os processos envolvidos.

Por exemplo, uma abordagem de engenharia reversa pode ser usada removendo as células até que o sistema mais simples possível seja deixado. No entanto, a evolução acabou dificultando nossa compreensão de origens da vida visto que lavou os vestígios das primeiras formas de vida, tornando impossível refazer os primeiros passos da vida. Isso significa que mesmo os sistemas simples que sobraram após a abordagem da engenharia reversa ainda são muito complicados para ter uma semelhança com as primeiras formas de vida.



A vida deve ter começado de forma simples; não poderia ser criado a partir de um grupo complicado de moléculas já trabalhando juntas. Houve uma etapa anterior a esta em que essas moléculas foram criadas. Terrence Deacon, da Universidade da Califórnia em Berkeley, descreveu em uma palestra recente como essa medida poderia ter ocorrido. [ 7 teorias sobre a origem da vida (contagem regressiva) ]

Um microtúbulo em uma célula é um exemplo em que algo na vida é criado espontaneamente com a automontagem.

Um microtúbulo em uma célula é um exemplo em que algo na vida é criado espontaneamente com a automontagem.(Crédito da imagem: Eva Nogales)

A vida precisa de ordem

Um desafio complicado que deve ser superado antes a vida pode se formar é que a ordem deve ser gerada. No entanto, isso não é tão simples quanto parece, porque as leis da física afirmam que as coisas irão naturalmente cair em um estado de desordem. Por exemplo, um livro colocado precariamente na borda de uma prateleira provavelmente cairá - criando assim desordem - mas é altamente improvável que crie ordem se levantando novamente.

A ordem ainda pode ser criada localmente, mesmo quando o sistema geral tende a ir para a desordem. Empurrar calor através de um sistema pode organizá-lo, por exemplo, um padrão regular de hexágonos é criado quando uma fina camada de óleo é aquecida uniformemente para formar células de convecção de Benard.

'Se você aquece algo e ele se regulariza, o que acontece é se livrar do calor o mais rápido possível', explicou Deacon. - Portanto, se você não continuar injetando calor no sistema, ele se desligará. Na verdade, os sistemas auto-organizados destroem as condições que os permitem o mais rápido possível. '

A vida só pode ser formada gerando ordem, mas deve fazê-lo de forma que essa ordem não se degrade e que o sistema não se destrua. [5 ousadas reivindicações de vida alienígena]

Autogênese como uma ponte para a vida

Deacon descreveu um processo teórico chamado 'autogênese', que tem a capacidade de criar, preservar e reproduzir a ordem - as características distintivas dos organismos vivos.

Este processo é efetivamente composto por dois subprocessos: catálise recíproca e automontagem. UMA catalisador é algo que acelera uma reação química, e a catálise recíproca significa que dois ou mais catalisadores contribuem cada um para a síntese um do outro. Parte da energia é transferida da molécula inicial para a próxima, e isso quebra outra molécula, passando a energia adiante.

'É um tipo de relacionamento como você coça minhas costas', disse Deacon. 'Quase toda a química nas células vivas tem esse tipo de circularidade.'

O famoso meteorito marciano ALH 84001 contém um

O famoso meteorito marciano ALH 84001 contém um 'fóssil' que foi descartado como vida devido ao seu pequeno tamanho; no entanto, ainda pode ser uma autocélula - um precursor da vida.(Crédito da imagem: NASA)

A automontagem espontânea pode ocorrer porque algumas moléculas se encaixam facilmente de maneira simétrica. Isso pode acontecer dentro das células para criar microtúbulos.

“Os microtúbulos são como o esqueleto de uma célula, mas também são uma espécie de caminhos dentro de uma célula por onde as moléculas viajam”, disse Deacon.

A catálise recíproca e a automontagem dão uma ajuda mútua à medida que cada um produz o que o outro precisa, então eles se dão uma mão amiga. A catálise recíproca produz uma concentração local de moléculas, mas sem nada para mantê-las no lugar, elas logo se separarão tanto que não serão mais capazes de interagir. No entanto, a concentração local de moléculas é exatamente o que auto-montagem precisa construir uma barreira ao redor dos catalisadores, encapsulando-os.

'A única coisa que você precisa fazer para manter esses catalisadores independentes juntos é o que eles produzem como consequência', disse Deacon. 'O resultado é que os recipientes contêm o material necessário para fazê-los.'

Se o recipiente que envolve os catalisadores se estilhaçar, os catalisadores se espalharão. No entanto, nem tudo está perdido porque eles apenas criarão outro contêiner para si mesmos. Se os catalisadores se espalharem um pouco após a quebra, é possível que vários sistemas possam ser criados, o que significa que eles podem efetivamente se 'reproduzir'.

Essas 'células' autogênicas, ou autocélulas, ainda não são células vivas no sentido tradicional porque ainda carecem de processos essenciais para a vida. [ Marte poderia ter sustentado vida, NASA descobre (vídeo) ]

No entanto, o ciclo de trabalho é semelhante ao que os seres vivos podem fazer. Eles têm a capacidade de criar ordem e, em seguida, impedir sua degradação, em vez de capturar as condições necessárias para se recriar.

Deacon enfatiza que, em nossa busca por vida em outras partes do Cosmos, precisamos parar de pensar sobre como a vida foi criada na Terra e as moléculas específicas necessárias e, em vez disso, concentrar nossa atenção nos princípios gerais envolvidos na criação de vida .

Os catalisadores podem formar moléculas suficientes para que ocorra a automontagem, criando uma barreira em torno dos catalisadores para que eles

Os catalisadores podem formar moléculas suficientes para que ocorra a automontagem, criando uma barreira ao redor dos catalisadores para que eles não se dispersem.(Crédito da imagem: Terrence Deacon)

Capturando energia

À medida que as autocélulas se separam e se reformam repetidamente, elas têm a chance de fazer uma amostra de seu ambiente. Se uma das autocélulas capturar um catalisador que funcione melhor do que as outras, ela produzirá mais desses catalisadores pró-ativos, permitindo uma forma limitada de evolução.

Se essa molécula hipotética fosse na verdade algo como um nucleotídeo, ela também poderia captar energia do ambiente, capturando fosfatos adicionais. Essa energia extra aceleraria o sistema. No entanto, os fosfatos de alta energia podem prejudicar o sistema, pois podem quebrá-lo completamente. Ao agrupar essas moléculas energéticas em polímeros, é possível armazenar a energia quando ela não está sendo usada.

Uma ajuda dos gigantes gasosos

Um grande problema reside no fato de que é improvável que o processo autogênico comece em um planeta como o prebiótico Terra, já que os polímeros necessários para a vida se decomporão na água. No entanto, se levarmos nosso experimento de química a um gigante gasoso como Júpiter , os altos níveis de metano e amônia produzirão polímeros de cianeto de hidrogênio. Esses polímeros só podem ser produzidos em ambientes sem água e têm uma 'estrutura' idêntica às proteínas, mas com cadeias laterais diferentes. Eles são chamados de poliamidinas.

Se essas poliamidinas pegaram uma carona para a Terra em épocas anteriores, quando a Terra estava sendo bombardeada por sistema solar material, eles entrariam em contato com a água. No entanto, esses polímeros em particular resistirão à decomposição por algum tempo. Em vez disso, eles substituem suas cadeias laterais pelos carboidratos característicos das proteínas.

Dessa forma, eles criam proteínas parciais, e essa pode ser a maneira pela qual a autogênese baseada em proteínas começou na Terra primitiva. Os planetas internos também têm a vantagem de conter fósforo, enxofre e ferro, indisponíveis nos planetas externos, e esses metais aceleram a catálise.

Deacon é inflexível quanto ao fato de que sistemas solares inteiros são necessários para gerar vida, não apenas planetas terrestres com água. A vida provavelmente precisa de um sistema solar semelhante ao nosso para começar, embora processos autogênicos ainda possam ocorrer em um sistema que tem apenas gigantes gasosos.

O tamanho da Terra em comparação com o gigante gasoso Júpiter. É improvável que o processo autogênico comece em um planeta aquoso como a Terra, mas os altos níveis de metano e amônia de Júpiter podem produzir os polímeros de cianeto de hidrogênio necessários.

O tamanho da Terra em comparação com o gigante gasoso Júpiter. É improvável que o processo autogênico comece em um planeta aquoso como a Terra, mas os altos níveis de metano e amônia de Júpiter podem produzir os polímeros de cianeto de hidrogênio necessários.(Crédito da imagem: Wikipedia Creative Commons)

Ele também levantou um ponto interessante sobre o ALH 84001 Meteorito marciano, que inicialmente excitou os cientistas por parecer conter micróbios fossilizados. Essa possibilidade foi posteriormente descartada pela maioria das pessoas, em parte porque as estruturas são consideradas muito pequenas. No entanto, o tamanho e a estrutura são os esperados de uma autocélula, então este meteorito pode estar nos mostrando um precursor fossilizado para a vida. Deacon acredita que a autogênese poderia ter ocorrido em Marte antes da Terra, mas apenas nosso planeta tinha as condições certas a longo prazo para que isso levasse à vida.

Mesmo em uma teoria alternativa sobre as origens da vida, onde é sugerido que a vida começou com o 'mundo do RNA', há evidências de que a vida na Terra não poderia ter começado sem os outros planetas. Stephen Benner apresentou uma ideia na conferência Goldschmidt em agosto de que as condições na Terra pré-histórica teriam servido apenas para inibir a formação de RNA. Marte, por outro lado, estaria certo. Embora houvesse um pouco de água no antigo Marte, não haveria o suficiente para impedir a formação do RNA. Além disso, enquanto a Terra primitiva estava sem oxigênio, Marte teria o suficiente para criar molibdênio e boro oxidados, que são fundamentais na construção do RNA.

As formas autogênicas são provavelmente mais difundidas do que vida no universo pois podem ser construídos com muitos materiais diferentes. É um tipo genérico de química que pode ser semelhante em todo o universo, indicando que o processo é mais importante do que as próprias moléculas.

Esta história foi fornecida por Revista Astrobiologia , uma publicação baseada na web patrocinada pela NASA programa de astrobiologia .