Uma bifurcação na estrada (1 de 2)

Imagem de PixxlTeufel em Pixabay

Leia a Parte 2

Observação: Há links, no texto original, que já não funcionam mais. Mesmo assim, foram mantidos na tradução.

por Fazale Rana

23 de agosto de 2007

Nenhuma Boa Opção para A Origem da Vida

Dizem que o famoso apanhador {posição catcher no beisebol} Yogi Berra disse: "Quando você chegar a uma bifurcação na estrada, siga-a". Pesquisadores da origem da vida seguem seu conselho há anos enquanto buscam uma explicação evolucionária para a origem da vida.

Existem duas abordagens fundamentais para explicar o início da vida de um ponto de vista evolutivo: (1) cenários do replicador em primeiro lugar; e (2) cenários do metabolismo em primeiro lugar.

O químico Robert Shapiro argumenta no artigo de capa da edição de junho de 2007 da Scientific American que a abordagem 'replicador primeiro' para a origem da vida é um paradigma fracassado. De seu ponto de vista, os cenários 'metabolismo primeiro' oferecem a melhor esperança para explicar a origem da vida.

Neste artigo, gostaria de explicar como Shapiro chega a esta conclusão. No próximo artigo, descreverei a proposta de Shapiro para a origem da vida e apontarei algumas das dificuldades químicas com modelos de metabolismo em primeiro lugar.

Modelos evolutivos de origem da vida requerem caminhos que, em última análise, geram duas das características bioquímicas definidoras da vida: autorreplicação e metabolismo. De um ponto de vista molecular, a autorreplicação descreve a capacidade de uma molécula complexa de guiar sua própria reprodução, tipicamente servindo como um modelo que direciona a montagem de constituintes químicos em moléculas idênticas a ela.

O DNA é uma molécula autorreplicante. O DNA não apenas orquestra sua própria reprodução, mas também abriga as informações necessárias para executar a operação da célula. Antes da divisão celular, a maquinaria bioquímica da célula gera duas moléculas de DNA idênticas a partir do DNA "pai". Essas duas moléculas se tornam particionadas nas células "filhas" durante o processo de divisão celular. Dessa forma, as informações necessárias para operar a célula são passadas para a próxima geração.

O metabolismo define todo o conjunto de vias químicas na célula. As principais são aquelas que transformam quimicamente moléculas relativamente pequenas. As vias metabólicas (1) geram energia química por meio da quebra controlada de moléculas de combustível, como açúcares e gorduras; e (2) produzem, de forma gradual, os blocos de construção necessários para montar proteínas, DNA, RNA, membrana celular e componentes da parede celular. As vias metabólicas da vida geralmente compartilham muitas moléculas. Esse compartilhamento faz com que as rotas metabólicas da célula se interconectem para formar redes complexas e reticuladas de vias químicas.

Cenários 'Replicador Primeiro'

A maioria dos pesquisadores da origem da vida sustenta que o primeiro passo em direção a uma entidade viva ocorreu quando uma molécula autorreplicante surgiu. Somente mais tarde esse autorreplicante nu tornou-se encapsulado dentro de uma membrana primitiva. De acordo com essa visão, após o encapsulamento, o metabolismo surgiu como um meio de dar suporte à produção do autorreplicante, fornecendo as moléculas de bloco de construção necessárias para sustentar sua atividade.

Pesquisadores da origem da vida propuseram uma série de possíveis candidatos para o autorreplicador original. Mas Shapiro ressaltou que a identidade do primeiro autorreplicador não importa. Por quê? Todos os cenários de primeiro replicador sofrem de uma falha fatal conhecida como problema do homopolímero. Vamos observar.

Candidatos para a primeira molécula autorreplicante possuem características químicas comuns. Todos os potenciais autorreplicantes são moléculas relativamente complexas compostas de subunidades químicas menores que se ligam para formar moléculas semelhantes a cadeias. Os grupos laterais que se estendem da espinha dorsal do autorreplicante devem ser química e fisicamente variados para fornecer as informações físico-químicas necessárias para executar o processo de autorreplicação. No entanto, a espinha dorsal do autorreplicante deve consistir mundanamente em uma estrutura repetitiva.

Para funcionar como um autorreplicador, uma molécula deve servir como um molde para direcionar a montagem de moléculas de subunidade em uma cópia idêntica de si mesma. O automodelamento e, portanto, a autorreplicação são possíveis somente se a estrutura da “espinha dorsal” se repete com pouca ou nenhuma interrupção. Isso significa que as moléculas de subunidade que formam o autorreplicador devem consistir na mesma classe química.

Químicos chamam moléculas em forma de cadeia com “espinhas dorsais” estruturalmente repetitivas de homopolímeros. (Homo = mesmo; poli = muitos; mer = unidades). DNA, RNA, proteínas e os autorreplicadores propostos do mundo pré-RNA, como ácidos nucleicos peptídicos, são todos homopolímeros e satisfazem os requisitos químicos necessários para funcionar como autorreplicadores.

Shapiro apontou que, embora processos químicos não direcionados possam produzir homopolímeros sob condições laboratoriais cuidadosamente controladas e imaculadas, eles não podem gerar esses tipos de moléculas sob as condições da Terra primitiva. Os compostos químicos encontrados na mistura química complexa que os pesquisadores da origem da vida acreditam que existiu na Terra primitiva interfeririam na formação de homopolímeros. Em vez disso, polímeros com estruturas de “espinhas dorsais” altamente heterogêneas seriam produzidos. E essas entidades moleculares não poderiam funcionar como autorreplicadores. Os prováveis componentes químicos de qualquer sopa prebiótica não apenas interromperiam a regularidade estrutural da “espinha dorsal” do autorreplicador, mas também encerrariam prematuramente sua formação ou introduziriam locais de ramificação.

O problema do homopolímero é fundamentalmente intratável, devastando todos os modelos 'replicador primeiro'. A única opção restante é explicar a origem da vida por meio de um cenário 'metabolismo primeiro'. E essa abordagem tem seus próprios problemas, como discutirei na próxima semana.

Para uma discussão detalhada dos problemas com modelos evolucionários para a origem da vida, veja o livro que escrevi com Hugh Ross, Origins of Life: Biblical and Evolutionary Models Face Off.

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Traduzido de A Fork in the Road, Part 1 of 2 (RTB)

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