Uma bifurcação na estrada (2 de 2)

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Leia a Parte 1

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

Os investigadores da origem da vida adotam uma de duas abordagens fundamentais para explicar o início da vida: (1) cenários ‘replicador primeiro’, e (2) ‘metabolismo primeiro’. 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.

No artigo anterior, expliquei como Shapiro chegou a essa conclusão. Neste artigo, vou resumir brevemente a proposta de Shapiro para a origem da vida e apontar algumas das dificuldades químicas com todos os modelos ‘metabolismo primeiro’.

Metabolismo Primeiro

Alguns pesquisadores da origem da vida postulam que, uma vez que os materiais prebióticos se formaram, essas moléculas relativamente pequenas se auto-organizaram para formar ciclos químicos e redes de reações químicas que — ao longo do tempo — deram origem aos sistemas metabólicos da vida. Uma vez encapsulados ou sequestrados dentro de uma membrana, esses sistemas complexos e reticulados de reações se tornaram os primeiros pré-biontes.

De acordo com essa visão, os autorreplicadores moleculares surgiram mais tarde, junto com as enzimas que catalisaram cada etapa dos ciclos e redes químicas. Alguns proponentes dos cenários do ‘metabolismo primeiro’ sustentam que esses ciclos e redes se assemelhavam muito às vias metabólicas encontradas na célula hoje. Em outras palavras, "o metabolismo recapitula a biogênese". Os adeptos do ‘metabolismo primeiro’ sugerem que (1) espécies químicas individuais que faziam parte desses ciclos e redes catalisaram essas mesmas reações — um tipo de autocatálise; ou (2) que superfícies minerais catalisaram as vias protometabólicas.

Shapiro identifica cinco requisitos para todos os cenários que priorizam o metabolismo:

1. O surgimento de uma fronteira para segregar as vias protometabólicas do ambiente;
2. Uma fonte de energia para alimentar as interações protometabólicas;
3. Um mecanismo de acoplamento que liga a energia disponível às vias protometabólicas;
4. O surgimento de uma rede química composta por ciclos interligados de reações entre pequenas moléculas;
5. Um meio para a rede crescer e se reproduzir.

Problemas com Cenários de Metabolismo em Primeiro Lugar

Embora aparentemente plausíveis, os modelos que priorizam o metabolismo têm apenas mérito superficial.

1. A maioria dos cenários de metabolismo em primeiro lugar, incluindo o proposto por Robert Shapiro, são ideias teóricas com suporte experimental mínimo, se houver. É fácil no papel ter o composto hipotético A se convertendo em B, liberando energia que se acopla à conversão de C em D e então D em E. E então ter E catalisando a conversão de C em D e assim por diante. É outra questão identificar compostos que se comportarão dessa forma no laboratório, muito menos no ambiente da Terra primitiva. A pesquisadora da origem da vida Leslie Orgel aponta que os ciclos e redes operando na Terra primitiva teriam sido altamente suscetíveis à interrupção por interferentes químicos e reações colaterais concorrentes. A validade da abordagem que prioriza o metabolismo para a origem da vida só pode ser estabelecida por meio de demonstração experimental rigorosa sob condições que simulem realisticamente as da Terra primitiva.
2. Sem enzimas, as taxas de reações químicas entre pequenas moléculas em ciclos e redes químicas seriam muito lentas para sustentar sistemas vivos. As vias protometabólicas de cenários de ‘metabolismo primeiro’  requerem algum tipo de aceleração quimicamente assistida. Superfícies minerais, até o momento, são os únicos candidatos razoáveis para catalisadores prebióticos. Embora superfícies minerais possam catalisar reações específicas, não é realista pensar que um mineral catalisará a gama de reações químicas necessárias para que ciclos ou redes químicas operem. Se vários tipos diferentes de superfícies minerais forem evocados para aumentar a gama catalítica, isso cria um problema adicional; ou seja, a necessidade de transportar eficientemente “metabólitos” de um local mineral para outro. Sob esse cenário, é difícil imaginar como um ciclo químico poderia ser mantido e evoluir para um sistema metabólico contido em uma protocélula. Nas palavras de Orgel, cenários de ‘metabolismo primeiro’ exigem um “apelo à magia”, uma “série de coincidências notáveis”, um “quase milagre”.
3. Cenários de ‘metabolismo primeiro’ sofrem do paradoxo de estabilidade-instabilidade química. Os compostos químicos precisam ser reativos o suficiente para participar de ciclos e redes protometabólicas. Mas essa reatividade os torna suscetíveis à quebra e decomposição. Essa suscetibilidade torna os ciclos e redes químicas inerentemente instáveis, frustrando todos os cenários de metabolismo em primeiro lugar. Por outro lado, compostos químicos estáveis o suficiente para suportar razoavelmente a degradação não podem entrar em ciclos e redes químicas porque não são quimicamente reativos o suficiente.
4. É difícil conceber como moléculas autorreplicantes ricas em informação poderiam emergir de um sistema protometabólico. Tem que ser o contrário. Na verdade, o químico Andy Pross argumentou que a origem da vida deve ser replicador-primeiro, não ‘metabolismo primeiro’ por razões cinéticas.

Um ponto final. Os pesquisadores da origem da vida Antonio Lazcano e Stanley L. Miller identificaram outro problema com os cenários de ‘metabolismo primeiro’, particularmente para aqueles que afirmam que os sistemas protometabólicos se assemelham ao metabolismo contemporâneo encontrado nas células. Lazcano e Miller corretamente apontam que as rotas prebióticas postuladas para biomoléculas-chave diferem dramaticamente das vias metabólicas que produzem os mesmos compostos.

Embora no papel os cenários de ‘metabolismo primeiro’ pareçam plausíveis, uma análise química completa desses modelos expõe falhas fundamentais e intratáveis. Cenários de ‘metabolismo primeiro’ não são caminhos viáveis para a vida.

Nenhuma Boa Opção para A Origem da Vida

Como discuti no artigo passado, há problemas inerentes para cenários replicador-primeiro. O mesmo é verdade para cenários ‘metabolismo primeiro’. Simplesmente não há rotas químicas de uma sopa prebiótica para a vida. As únicas duas opções, replicador-primeiro e ‘metabolismo primeiro’, falham.

Pode-se observar que a estrada para uma origem naturalista da vida leva a uma bifurcação. O apanhador do hall da fama Yogi Berra é conhecido por ter dito: "Quando você chegar a uma bifurcação na estrada, siga-a". Para pesquisadores da origem da vida, a bifurcação na estrada leva a um beco sem saída.

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 (Origens da vida: Modelos bíblico e evolucionário se confrontam).

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

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química da vida - evolução - evolucionismo - cenários para a origem da vida