Kristina Armitage / Revista Quanta
A descoberta de que peptídeos curtos podem se formar espontaneamente na poeira cósmica sugere um papel mais importante para eles nos primeiros estágios da origem da vida, na Terra ou em qualquer outro lugar.
Bilhões de anos atrás, algum local desconhecido na Terra estéril e primordial tornou-se um caldeirão de moléculas orgânicas complexas do qual surgiram as primeiras células. Pesquisadores da origem da vida propuseram inúmeras ideias imaginativas sobre como isso ocorreu e de onde vieram as matérias-primas necessárias. Algumas das mais difíceis de explicar são as proteínas, a espinha dorsal crítica da química celular, porque na natureza hoje elas são feitas exclusivamente por células vivas. Como a primeira proteína se formou sem vida para produzi-la?
Os cientistas procuraram principalmente pistas na Terra. No entanto, uma nova descoberta sugere que a resposta pode ser encontrada além do céu, dentro de nuvens interestelares escuras.
No mês passado, na Nature Astronomy, um grupo de astrobiólogos mostrou que os peptídeos, as subunidades moleculares das proteínas, podem se formar espontaneamente nas partículas sólidas e congeladas de poeira cósmica que flutuam pelo universo. Esses peptídeos poderiam, em teoria, ter viajado dentro de cometas e meteoritos para a jovem Terra – e para outros mundos – para se tornarem alguns dos materiais iniciais para a vida.
A simplicidade e a termodinâmica favorável deste novo mecanismo baseado no espaço para formar peptídeos o tornam uma alternativa mais promissora para os processos puramente químicos conhecidos que poderiam ter ocorrido em uma Terra sem vida, de acordo com Serge Krasnokutski, principal autor do novo artigo e pesquisador pesquisador do Instituto Max Planck de Astronomia e da Universidade Friedrich Schiller, na Alemanha. E essa simplicidade “sugere que as proteínas estavam entre as primeiras moléculas envolvidas no processo evolutivo que leva à vida”, disse ele.
Os pesquisadores dizem que encontraram um atalho para as proteínas – uma via química mais simples que reenergiza a teoria de que as proteínas estavam presentes muito cedo na gênese da vida.
Se esses peptídeos poderiam ter sobrevivido à sua árdua jornada do espaço e contribuído significativamente para a origem da vida é uma questão em aberto. Paul Falkowski, professor da Escola de Ciências Ambientais e Biológicas da Universidade Rutgers, disse que a química demonstrada no novo artigo é “muito legal”, mas “ainda não preenche a lacuna fenomenal entre a química proto-prebiótica e a primeira evidência” de vida.” Ele acrescentou: “Há uma faísca que ainda está faltando”.
Ainda assim, a descoberta de Krasnokutski e seus colegas mostra que os peptídeos podem ser um recurso muito mais prontamente disponível em todo o universo do que os cientistas acreditavam, uma possibilidade que também pode ter consequências para as perspectivas de vida em outros lugares.
Poeira Cósmica em um Vácuo
As células fazem com que a produção de proteínas pareça fácil. Eles fabricam peptídeos e proteínas de forma extravagante, fortalecidos por ambientes ricos em moléculas úteis como aminoácidos e seus próprios estoques de instruções genéticas e enzimas catalíticas (que são tipicamente proteínas).
Mas antes que as células existissem, não havia uma maneira fácil de fazer isso na Terra, disse Krasnokutski. Sem nenhuma das enzimas que a bioquímica fornece, a produção de peptídeos é um processo ineficiente de duas etapas que envolve primeiro a produção de aminoácidos e a remoção da água à medida que os aminoácidos se ligam em cadeias em um processo chamado polimerização. Ambas as etapas têm uma barreira de alta energia, então elas ocorrem apenas se grandes quantidades de energia estiverem disponíveis para ajudar a iniciar a reação.
Devido a esses requisitos, a maioria das teorias sobre a origem das proteínas se concentra em cenários em ambientes extremos, como perto de fontes hidrotermais no fundo do oceano, ou assume a presença de moléculas como RNA com propriedades catalíticas que podem diminuir a barreira de energia o suficiente para empurrar as reações para a frente. (A teoria mais popular da origem da vida propõe que o RNA precedeu todas as outras moléculas, incluindo as proteínas.) E mesmo nessas circunstâncias, Krasnokutski diz que seriam necessárias “condições especiais” para concentrar os aminoácidos o suficiente para a polimerização. Embora tenha havido muitas propostas, não está claro como e onde essas condições poderiam ter surgido na Terra primordial.
Mas agora os pesquisadores dizem que encontraram um atalho para as proteínas – uma via química mais simples que reenergiza a teoria de que as proteínas estavam presentes muito cedo na gênese da vida.
No ano passado, em Física de Baixa Temperatura, Krasnokutski previu através de uma série de cálculos que uma maneira mais direta de fazer peptídeos poderia existir nas condições disponíveis no espaço, dentro das nuvens extremamente densas e frígidas de poeira e gás que permanecem entre as estrelas. Essas nuvens moleculares, berçários de novas estrelas e sistemas solares, estão repletas de poeira cósmica e produtos químicos, alguns dos quais mais abundantes são monóxido de carbono, carbono atômico e amônia.
Em seu novo artigo, Krasnokutski e seus colegas mostraram que essas reações nas nuvens de gás provavelmente levariam à condensação de carbono em partículas de poeira cósmica e à formação de pequenas moléculas chamadas aminocetenos. Esses aminocetenos se ligariam espontaneamente para formar um peptídeo muito simples chamado poliglicina. Ao pular a formação de aminoácidos, as reações poderiam ocorrer espontaneamente, sem precisar de energia do ambiente.
Para testar sua afirmação, os pesquisadores simularam experimentalmente as condições encontradas em nuvens moleculares. Dentro de uma câmara de ultra-alto vácuo, eles imitaram a superfície gelada das partículas de poeira cósmica depositando monóxido de carbono e amônia em placas de substrato resfriadas a menos 263 graus Celsius. Eles então depositaram átomos de carbono no topo dessa camada de gelo para simular sua condensação dentro de nuvens moleculares. Análises químicas confirmaram que a simulação a vácuo de fato produziu várias formas de poliglicinas, até cadeias de 10 ou 11 subunidades de comprimento.
Os pesquisadores levantaram a hipótese de que bilhões de anos atrás, quando a poeira cósmica se uniu e formou asteroides e cometas, peptídeos simples na poeira poderiam ter pegado carona para a Terra em meteoritos e outros impactadores. Eles podem ter feito o mesmo em inúmeros outros mundos também.
A lacuna dos peptídeos para a vida
A entrega de peptídeos à Terra e a outros planetas “certamente forneceria uma vantagem” para a formação de vida, disse Daniel Glavin, astrobiólogo do Goddard Space Flight Center da NASA. Mas “acho que há um grande salto para passar da química da poeira de gelo interestelar para a vida na Terra”.
Primeiro, os peptídeos teriam que suportar os perigos de sua jornada pelo universo, da radiação à exposição à água dentro de asteroides, os quais podem fragmentar as moléculas. Então eles teriam que sobreviver ao impacto de atingir um planeta. E mesmo que conseguissem passar por tudo isso, ainda teriam que passar por muita evolução química para ficarem grandes o suficiente para se dobrarem em proteínas úteis para a química biológica, disse Glavin.
Há evidências de que isso tenha acontecido? Os astrobiólogos descobriram muitas moléculas pequenas, incluindo aminoácidos dentro de meteoritos, e um estudo de 2002 descobriu que dois meteoritos continham peptídeos extremamente pequenos e simples feitos de dois aminoácidos. Mas os pesquisadores ainda precisam descobrir outras evidências convincentes da presença de tais peptídeos e proteínas em meteoritos ou amostras retornadas de asteróides ou cometas, disse Glavin. Não está claro se a quase total ausência de peptídeos relativamente pequenos em rochas espaciais significa que eles não existem ou se ainda não os detectamos.
Mas o trabalho de Krasnokutski pode encorajar mais cientistas a realmente começar a procurar por essas moléculas mais complexas em materiais extraterrestres, disse Glavin. Por exemplo, espera-se que no próximo ano a espaçonave OSIRIS-REx da NASA traga amostras do asteroide Bennu, e Glavin e sua equipe planejam procurar alguns desses tipos de moléculas.
Os pesquisadores agora planejam testar se peptídeos maiores ou diferentes tipos de peptídeos podem se formar em nuvens moleculares. Outros produtos químicos e fótons energéticos no meio interestelar podem desencadear a formação de moléculas maiores e mais complexas, disse Krasnokutski. Através de sua janela de laboratório única em nuvens moleculares, eles esperam testemunhar peptídeos ficando cada vez mais longos e um dia se dobrando, como origami natural, em belas proteínas que explodem com potencial.
Publicado em 13/03/2022 04h43
Artigo original: