Evolução prebiótica: onde aconteceu e o que é necessário - Ciência - 2023

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O fim evolução pré-biótica refere-se à série de cenários hipotéticos que buscam explicar a origem da vida a partir de matéria não viva em um ambiente sob condições primitivas.

Tem sido sugerido que as condições da atmosfera primitiva eram fortemente redutoras, o que favorecia a formação de moléculas orgânicas, como aminoácidos e peptídeos, que são os blocos de construção das proteínas; e purinas e pirimidinas, que constituem os ácidos nucléicos - DNA e RNA.

Condições primitivas

Imaginar como as primeiras formas de vida surgiram na Terra pode ser um desafio - e até quase impossível - questão se não nos colocarmos no ambiente primitivo correto.

Assim, a chave para entender a vida a partir das moléculas abióticas suspensas na famosa "sopa primitiva" é a atmosfera naquele ambiente remoto.

Embora não haja total concordância quanto à composição química da atmosfera, já que não há como confirmá-la completamente, as hipóteses vão desde composições redutoras (CH₄ + N₂, NH₃ + H₂Ou ou CO₂ + H₂ + N₂) para ambientes mais neutros (com apenas CO₂ + N₂ + H₂OU).

É geralmente aceito que a atmosfera carecia de oxigênio (este elemento aumentou sua concentração significativamente com a chegada da vida). Para a síntese eficiente de aminoácidos, purinas, pirimidinas e açúcares, a presença de um ambiente redutor é necessária.

Se a atmosfera real na época não tinha essas condições químicas pré-bióticas, os compostos orgânicos tinham que ter vindo de partículas de poeira ou outros corpos espaciais, como meteoritos.

Onde ocorreu a evolução pré-biótica?

Existem várias hipóteses em relação ao espaço físico na Terra que permitiu o desenvolvimento das primeiras biomoléculas e replicadores.

Uma teoria que ganhou um seguimento significativo na formação inicial de biomoléculas em fontes hidrotermais no oceano. No entanto, outros autores acham isso improvável e desacreditam essas regiões como agentes importantes na síntese de prebióticos.

A teoria propõe que a síntese química ocorreu por meio da passagem de água em um gradiente de termo de 350 ° C a 2 ° C.

O problema com essa hipótese surge porque os compostos orgânicos se decompõem em altas temperaturas (350 ° C) em vez de serem sintetizados, o que sugere ambientes menos extremos. Portanto, a hipótese perdeu suporte.

O que é necessário para a evolução pré-biótica?

Para realizar um estudo relacionado à evolução pré-biótica, é necessário responder a uma série de questões que nos permitem compreender o surgimento da vida.

Devemos nos perguntar que tipo de processo catalítico favoreceu a origem da vida e de onde foi retirada a energia que favoreceu as primeiras reações. Ao responder a essas perguntas, podemos ir mais longe e perguntar se as primeiras moléculas a aparecerem foram membranas, replicadores ou metabólitos.

Agora responderemos a cada uma dessas perguntas para obter uma compreensão de uma possível origem da vida em um ambiente pré-biótico.

Catalisadores

A vida, como a conhecemos hoje, requer uma série de "condições moderadas" para se desenvolver. Sabemos que a maioria dos seres orgânicos existe onde a temperatura, a umidade e o pH são fisiologicamente aceitáveis - com exceção dos organismos Extremofílicos, que, como o nome indica, vivem em ambientes extremos.

Uma das características mais relevantes dos sistemas vivos é a onipresença dos catalisadores. As reações químicas dos seres vivos são catalisadas por enzimas: moléculas complexas de natureza proteica que aumentam a velocidade das reações em várias ordens de magnitude.

Os primeiros seres vivos devem ter tido um sistema semelhante, provavelmente ribozimas. Na literatura, há uma questão em aberto se a evolução prebiótica poderia ocorrer sem catálise.

De acordo com as evidências, na ausência de um catalisador, a evolução biológica teria sido altamente improvável - uma vez que as reações teriam levado intervalos de tempo monumentais para ocorrer. Portanto, sua existência é postulada durante as primeiras fases da vida.

Energia

A energia para a síntese pré-biótica teve que surgir de algum lugar. É proposto que certas moléculas inorgânicas, como polifosfatos e tioésteres, podem ter desempenhado um papel importante na produção de energia para as reações - em tempos anteriores à existência da famosa "moeda" energética das células: o ATP.

Energeticamente, a replicação das moléculas que carregam a informação genética é um evento muito caro. Para uma bactéria comum, como E. coli, um único evento de replicação requer 1,7 * 10¹⁰ Moléculas de ATP.

Graças à existência desta figura extraordinariamente elevada, a presença de uma fonte de energia é uma condição indiscutível para a criação de um provável cenário de origem da vida.

Da mesma forma, a existência de reações do tipo “redox” pode ter contribuído para a síntese abiótica. Com o tempo, esse sistema pode se tornar um elemento importante do transporte de elétrons na célula, ligado à produção de energia.

Qual dos componentes celulares se originou primeiro?

Existem três componentes básicos em uma célula: uma membrana, que delimita o espaço celular e o transforma em uma unidade discreta; replicadores, que armazenam informações; e reações metabólicas, que ocorrem dentro deste sistema. A integração funcional desses três componentes dá origem a uma célula.

Portanto, à luz da evolução, é interessante perguntar qual dos três surgiu primeiro.

A síntese das membranas parece ser simples, uma vez que os lipídios formam estruturas vesiculares espontaneamente com capacidade de crescer e se dividir. A vesícula permite o armazenamento de replicadores e mantém os metabólitos concentrados.

Agora, o debate se concentra na liderança da replicação versus metabolismo. Aqueles que dão mais peso à replicação argumentam que as ribozimas (RNA com poder catalítico) foram capazes de se replicar e, graças ao aparecimento de mutações, um novo sistema metabólico poderia surgir.

A visão oposta destaca a importância da geração de moléculas simples - como os ácidos orgânicos presentes no ciclo do ácido tricarboxílico - para a combustão em fontes moderadas de calor. Nessa perspectiva, os primeiros passos da evolução prebiótica envolveram esses metabólitos.

Referências

Anderson, P. W. (1983). Um modelo sugerido para a evolução pré-biótica: o uso do caos.Anais da National Academy of Sciences, 80(11), 3386-3390.
Hogeweg, P., & Takeuchi, N. (2003). Seleção multinível em modelos de evolução pré-biótica: compartimentos e auto-organização espacial.Origens da vida e evolução da biosfera, 33(4-5), 375-403.
Lazcano, A., & Miller, S. L. (1996). A origem e evolução inicial da vida: química pré-biótica, o mundo pré-RNA e o tempo.Célula, 85(6), 793-798.
McKenney, K., & Alfonzo, J. (2016). Dos prebióticos aos probióticos: a evolução e as funções das modificações do tRNA.Vida, 6(1), 13.
Silvestre, D. A., & Fontanari, J. F. (2008). Modelos de pacotes e a crise de informação da evolução pré-biótica.Jornal de biologia teórica, 252(2), 326-337.
Wong, J. T. F. (2009).Evolução pré-biótica e astrobiologia. CRC Press.