Entre o Céu e a Terra: Novas Descobertas sobre a Origem da Vida

Publicado Originalmente no blog Bule Voador

No último mês de Maio, duas publicações na revista Science lançam luz sobre algumas das perguntas ainda em aberto sobre a origem da vida no planeta Terra. O curioso, embora não incomum na ciência, é que ambas podem ser entendidas como complementares uma da outra. Um artigo é sobre a detecção de biomoléculas relevantes na nuvem de poeira e gás que circunda o núcleo de um cometa (coma cometária) e o outro explora um mecanismo viável de produção de bases nitrogenadas (componentes do ADN e ARN) em condições plausíveis na Terra primitiva.

No Céu

(Cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko, Agosto de 2015)

A possibilidade de que moléculas de água e moléculas orgânicas foram trazidos para a Terra primitiva por meio de impactos de objetos como asteroides e cometas têm sido objeto de debate nos últimos anos. É nesse contexto que o instrumento espectrômetro de massas ROSINA da sonda Rosetta foi projetado para estudar o coma cometária do cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko. Para quem está esquecido, a sonda Rosetta é a “nave mãe” da sonda Philae, o primeiro instrumento a fazer um pouso controlado em um cometa em órbita.

Em outros estudos, o instrumento O ROSINA da sonda Rosetta já havia mostrado uma diferença significativa na composição de água do 67P/Churyumov-Gerasimenko em comparação com a Terra. Dessa vez, a descoberta é o potencial destes objetos cósmicos de entregar outros ingredientes da vida na superfície da Terra.

Mais de 140 moléculas diferentes já formam identificadas no meio interestelar. A despeito disso, os aminoácidos ainda não haviam sido rastreados. No entanto, pistas do aminoácido Glicina, um composto orgânico biologicamente importante e comumente encontrados em proteínas, foram encontrados durante a missão Stardust da NASA que voou pelo cometa Wild 2 em 2004. Contudo, a contaminação terrestre das amostras de poeira coletadas durante a análise não havia sido descartada. Agora, pela primeira vez, detecções repetidas deste aminoácido foram confirmadas pela sonda Rosetta após analisar o a atmosfera do cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko. Importante destacar que a detecção de aminoácidos em materiais meteoritos caídos na Terra já é bem estabelecida, sendo mais de 80 deles já reportados em condritos carbonáceos.

 A glicina é muito difícil de detectar devido à sua natureza não-reativa: sublima-se a uma temperatura em torno de 150°C, o que significa que pouco é liberado como gás a partir da superfície ou subsuperfície do cometa devido às suas temperaturas frias. Um dos resultados encontrados no estudo foi uma forte correlação entre a presença de glicina e poeira, o que segundo os autores sugere uma liberação da molécula a partir mantos de gelo dos grãos depois de terem aquecido. Ao mesmo tempo, os investigadores também detectaram moléculas de metilamina e etilamina, que são precursores da formação de glicina. Ao contrário de outros aminoácidos, a glicina é a única que foi mostrada ser capaz de formar, sem água no estado líquido. Segundo a autora Kathrin Altweeg “A presença simultânea de metilamina e etilamina, e a correlação entre a poeira e glicina, também indica a forma como a glicina foi formada”.

Outra detecção interessante feita pela ROSINA foi, pela primeira vez em um cometa, a presença de fósforo. Como pode ser visto na Figura 1, é um elemento-chave em todos os organismos vivos e é encontrada no quadro estrutural do ADN e ARN. No total, foram identificados 16 compostos orgânicos, incluindo outras de destaque para o contexto da química prébiótica como o sulfeto de hidrogênio (H₂S) e o cianeto de hidrogênio (HCN).

Figura 1: Esquema da molécula de ARN contendo a base nitrogenada guanina. Um filamento de ARN é formado de um arcabouço de açúcar (ribose) e fosfato com uma base ligada covalentemente na posição 1′ de cada ribose. As ligações açúcar-fosfato são feitas nas posições 5′ e 3′ do açúcar, como no DNA. Dessa forma, uma cadeia de RNA terá uma ponta 5′ e uma ponta 3′. Os nucleotídeos de RNA (chamados ribonucleotídeos) contêm as bases adenina, guanina, citosina e uracila (U). No caso do ADN, a Timina está presente no lugar da uracila.

Na Terra

Antes de sistemas auto-replicantes terem aparecidos, a química prebiótica (reações químicas que antecedem a origem da vida) deve primeiro ter dado origem às subunidades que formam a base para os biopolímeros complexos encontrados em todos os organismos modernos – as proteínas e os ácidos nucleicos que especificam suas estruturas. Dentre as hipóteses, uma das mais aceitas atualmente é o “mundo ANR”. Em síntese, propõe que o ARN foi a primeira forma de vida na Terra, com posterior desenvolvimento de uma membrana celular em seu redor e convertendo-se assim na primeira célula procariota.

Entre as evidências que apoiam a hipótese do “mundo ARN” está inclusa a potencialmente da molécula catalisar a sua própria síntese e assim facilitando várias outras reações bioquímicas, além de também possui a capacidade de armazenar informação genética. Uma análise preliminar das possíveis vias de síntese levou a equipe da Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU, Munique) e colaboradores de seu grupo a um esquema de reação – o chamado caminho FaPy ¬ – que poderia ter sido ativado para formar purinas sob condições prebióticas. Duas (Adenina e Guanina) das cinco bases de nucleotídeos que codificam a informação genética armazenada no ARN e ADN são purinas (as demais são as pirimidinas). Elas também fazem parte das moléculas de ATP e GTP, ambas servindo como fonte de energia para as reações bioquímicas e como interruptores moleculares no controle de função de proteínas.

O caminho FaPy começa com a ligação da formamida (amida derivada do ácido fórmico) a aminopirimidinas, anéis que podem ser produzidos por uma série de reações entre moléculas de cianeto de hidrogênio. Isto dá origem a moléculas de formamido-pirimidinas (no inglês, formamidopyridines; daí o uso da sigla FaPy). Uma sequência de passos de reações subsequente converte a formamido-pirimidinas em purinas (adenina e guanina), e vários outros derivados biologicamente importantes. Os autores demonstram que é possível obter cerca de 70% dos produtos da via da FaPy como purinas, sendo a adenosina (formada pela união da adenina e ribose) – uma sub-unidade de ARN importante – representando cerca de 20%. Com o mecanismo FaPy, foi descoberta uma via sintética que fornece os componentes centrais da bioquímica de vida com elevado rendimento e com alta especificidade.

Entre o Céu e a Terra

As moléculas necessárias para o caminho da síntese FaPy estão disponíveis a partir do ácido fórmico e da aminipirimidina, que por sua vez podem ser formadas por compostos detectados através das análises da sonda Roseta. Tomado em conjunto, os dois artigos suportam a ideia de que cometas entregaram moléculas-chave para que a química na Terra primitiva pudesse eventualmente formar a vida como conhecemos. Em especial a detecção de aminoácidos, também suporta outras linhas de pesquisas nas quais têm sido propostas para a formação de peptídeos (formados pela união de dois ou mais aminoácidos) em condições da Terra primitiva, e que inclusive há brasileiros participando.

É verdade que ainda existem lacunas e dúvidas sobre a origem da vida. Mas com cada vez mais os cientistas têm trazidos novidades relevantes e animadoras para melhor entendemos uma parte da velha questão que tanto fascina a humanidade: De onde viemos?

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Artigos científicos:

Altwegg, K. et al., Prebiotic chemicals—amino acid and phosphorus—in the coma of comet 67P/Churyumov-Gerasimenko, Science, 2016.

Becker, S. A high-yielding, strictly regioselective prebiotic purine nucleoside formation pathway, Science, 2016.