Antes da origem da vida na Terra, o ambiente nela provavelmente continha um grande número de produtos químicos que reagiam uns com os outros mais ou menos aleatoriamente, e não está esclarecido como coisas tão complexas como as células poderiam ter emergido de tal caos químico.
Uma equipe liderada por Tony Z. Jia, do Earth-Life Science Institute (ELSI), no Tokyo Institute of Technology, e Kuhan Chandru, da Universidade Nacional da Malásia, mostrou que os ácidos simples α-hydroxy, como ácido glicólico e láctico, polimerizam espontaneamente e se montam em microgotas de poliéster quando secos a temperaturas moderadas seguidas de reidratação, como poderia ter acontecido ao longo de praias primitivas e margens de rios ou em poças da água. Essas formam um novo tipo de célula de compartimento que pode prender e concentrar biomoléculas como ácidos nucleicos e proteínas. Estas gotículas, ao contrário da maioria das células modernas, são capazes de fundir e reformar facilmente e, assim, poderiam ter hospedado sistemas genéticos e metabólicos versáteis potencialmente críticos para a origem da vida.
Cientistas de todo o mundo estão trabalhando ativamente para entender como a vida começou.
Toda a vida moderna da Terra, desde as bactérias até aos seres humanos, é composta por células. As células são compostas por lípidos, proteínas e ácidos nucleicos, com os lípidos formando a membrana celular, um recinto que mantém os outros componentes juntos e faz interface com o ambiente, trocando alimentos e resíduos. Como ajuntamentos moleculares tão complexos como células foram formadas permanece um mistério.
A maior parte das pesquisas sobre origens da vida foca em como as moléculas e estruturas presentes na vida contemporânea foram produzidas pelo ambiente, e então montadas em estruturas que levaram às primeiras células. No entanto, havia provavelmente muitos outros tipos de moléculas que se formaram ao lado de biomoléculas no início da Terra, e é possível que a vida começou a usar uma química muito simples, sem relação com as biomoléculas modernas, em seguida, evoluiu através de estágios cada vez mais complexos para dar origem às estruturas encontradas nas células modernas.
O trabalho anterior conduzido no ELSI mostrou que a secagem a temperatura moderada dos compostos orgânicos simples conhecidos como alfa-hidroxiácidos, que são encontrados em meteoritos e muitas simulações de química pre-biológica, espontaneamente os polimeriza em misturas de poliésteres longos.
Com base neste trabalho, Jia e colegas tomaram o próximo passo e examinaram estas reações sob o microscópio, e descobriram que estes sistemas de poliéster misturados formam uma fase de gel e espontaneamente se montam sozinhos quando reumedecidos para formar estruturas simples como células.
O aspecto mais desafiador deste trabalho foi a criação de novos métodos para caracterizar as propriedades e funções das gotículas, já que ninguém havia analisado tais sistemas antes. Jia observou que a equipe teve a sorte de ter essa diversidade de conhecimentos multidisciplinares, incluindo químicos, bioquímicos, cientistas de materiais e geólogos. Após ter determinado sua composição e mostrado sua propensão a auto-montagem, a pergunta seguinte era se estas estruturas celulares poderiam ser capazes de fazer algo quimicamente útil. As membranas celulares modernas desempenham muitas funções cruciais que ajudam a manter a célula; por exemplo, reter macromoléculas e metabolitos em um só lugar, além de fornecer um ambiente interno constante, que pode ser muito diferente daquele fora da célula. Eles mediram primeiramente quão estáveis estas estruturas eram e encontraram que poderiam persistir por períodos muito longos dependendo das condições ambientais, mas poderiam também ser feitos para fundir e coalescer.
Eles então testaram a habilidade dessas estruturas em sequestrar moléculas do ambiente e descobriram que elas acumularam grandes moléculas de corante em um grau notável. Eles então mostraram que estas gotículas poderiam também hospedar RNA e moléculas de proteína e ainda permitir que elas sejam funcionalmente catalíticas. Mais adiante, a equipe mostrou que as gotas poderiam ajudar na formação de uma camada lipídica na superfície deles/delas, sugerindo eles poderiam ter ajudado a formação de protocélulas de andaime.
Jia e colegas não estão certos se estas estruturas são os ancestrais diretos de células, mas eles pensam que é possível que tais gotículas poderiam ter permitido a montagem de protocélulas na Terra.
O novo sistema de compartimentalização que eles encontraram é extremamente simples, eles dizem, e poderiam formar facilmente em ambientes primitivos por todo o Universo. “Isto nos permite imaginar sistemas não-biológicos na Terra primitiva que poderiam ainda ter tido uma papel na origem da vida na Terra. Isto sugere que pode haver muitos outros sistemas não-biológicos que deveriam ser alvos de investigações futuras deste tipo,” diz Jia.
“A Terra primitiva era certamente um lugar “suja” quimicamente,” Jia explica, “e frequentemente a maioria de estudos sobre as origens da vida focaliza em biomoléculas modernas debaixo de condições relativamente “limpas”. Talvez seja importante considerar estas misturas “confusas” e ver se há funções interessantes ou estruturas que podem surgir delas espontaneamente. Os autores pensam que aumentando sistematicamente a complexidade química de tais sistemas, eles serão capazes de observar como eles evoluem ao longo do tempo e possivelmente descobrir propriedades divergentes e emergentes.
“Temos este novo sistema experimental com o qual podemos brincar, então agora podemos começar a estudar fenômenos como evolução e evolucionabilidade destas gotículas. As combinações possíveis de estruturas ou funções que estas gotículas podem ter são quase infindáveis. Se as regras físicas que governam a formação de gotículas são bastante universais na natureza, então esperamos estudar sistemas semelhantes para descobrir se eles também podem formar microgotas com novas propriedades”, acrescenta Jia.
Finalmente, enquanto a equipe está atualmente focada em compreender as origens da vida, eles observam que essa pesquisa básica poderia ter aplicações em outras áreas, como a medicina personalizada. “Este é apenas um exemplo maravilhoso das maneiras inesperadas que os projetos podem desenvolver quando uma equipe de diversos cientistas de todo o mundo se reúnem para tentar entender fenômenos novos e interessantes”, disse o membro da equipe Jim Cleaves, também do ELSI.
FONTES / Tokyo Institute of Technology / DOI: 10.1073/pnas.1902336116
