Notas biopoéticas 56

A Jornada Molecular da Vida

A busca pelas origens da vida na Terra representa um dos empreendimentos mais instigantes da ciência moderna. Se por um lado a biologia exibe uma complexidade estonteante, por outro, a investigação químico-molecular revela que os alicerces dessa arquitetura podem ser surpreendentemente simples, maleáveis e interconectados.

Nesta edição de Notas Biopoéticas, estruturada em formato de dossiê, exploraremos dois marcos fundamentais do debate contemporâneo sobre a biopoese. Primeiro, analisaremos a robustez e as críticas inerentes à clássica Hipótese do Mundo do RNA, examinando por que ela continua sendo a melhor narrativa teórica de que dispomos. Em seguida, desvendaremos o fascinante cenário geoquímico proposto por Steven Benner e colaboradores, que soluciona o persistente enigma da síntese da ribose e do RNA fora dos oceanos primitivos, integrando mineralogia, química do carbono e evaporação.
 

 

Abaixo, apresentamos artigos fundamentais e seus destaques que sustentam essa grande tapeçaria da evolução molecular.

Harold S Bernhardt; The RNA world hypothesis: the worst theory of the early evolution of life (except for all the others) Biology Direct 2012, 7:23  doi:10.1186/1745-6150-7-23 http://www.biologydirect.com/content/7/1/23?hc_location=ufi

Resumo

A descoberta de que o RNA possui capacidade catalítica fornece uma solução potencial: uma única macromolécula poderia ter originalmente realizado tanto a replicação quanto a catálise. O RNA – que constitui o genoma dos vírus RNA e catalisa a síntese de peptídeos no ribossomo – poderia ter sido tanto a galinha quanto o ovo! Contudo, as seguintes objecções foram levantadas à hipótese do mundo do ARN: (i) O ARN é uma molécula demasiado complexa para ter surgido prebioticamente; (ii) o RNA é inerentemente instável; (iii) a catálise é uma propriedade relativamente rara apenas de sequências longas de RNA; e (iv) o repertório catalítico do RNA é muito limitado. Oferecerei algumas respostas possíveis a essas objeções à luz do trabalho de nosso e de outros laboratórios. Finalmente, discutirei criticamente uma teoria alternativa à hipótese do mundo do ARN conhecida como “proteínas primeiro”, que sustenta que as proteínas precederam o ARN na evolução, ou – pelo menos – que as proteínas e o ARN coevoluíram. Argumentarei que, embora teoricamente possível, tal hipótese é provavelmente improvável, e que a hipótese do mundo do ARN, embora longe de ser perfeita ou completa, é a melhor que temos atualmente para ajudar a compreender a história de fundo da biologia contemporânea.

No início da conclusão:

"Eu argumentei que a hipótese do mundo do RNA, embora certamente imperfeita, é o melhor modelo que temos atualmente para a evolução inicial da vida. Embora a hipótese não exclua uma série de possibilidades para o que - se alguma coisa - precedeu o RNA, infelizmente a evolução da síntese de proteínas codificadas lançou um véu sobre a história anterior das proteínas. A situação é diferente no caso de RNAs não codificantes, como RNA ribossômico e tRNA, já que estes foram capazes de se replicar antes da evolução da síntese de proteínas ribossômicas. "

Steven A. Benner *, Hyo-Joong Kim , and Matthew A. Carrigan; Asphalt, Water, and the Prebiotic Synthesis of Ribose, Ribonucleosides, and RNA. Acc. Chem. Res., 2012, 45 (12), pp 2025–2034 DOI: 10.1021/ar200332w http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ar200332w

Destaco

“No entanto, um modelo de síntese descontínua é bem fundamentado por trabalhos experimentais capazes de produzir RNA a partir de CO2, H2O e N2 atmosféricos. Por exemplo, descargas elétricas em tais atmosferas geram formaldeído (HCHO) em grandes quantidades e glicolaldeído (HOCH2CHO) em pequenas quantidades. Ao serem transportadas pela chuva para aquíferos alcalinos formados por rochas em processo de serpentinização, essas substâncias eram, sem dúvida, convertidas em carboidratos, incluindo a ribose.”

[...]

“Nossa hipótese baseia-se em um modelo geológico que sintetiza RNA em um vale seco intermontano prebiótico (e não em um ambiente marinho). Esse vale recebe escoamento superficial de pH elevado, proveniente de uma bacia hidrográfica rica em olivinas sujeitas à serpentinização e em minerais de borato em processo de erosão. O escoamento contém carboidratos estabilizados por borato, formamida e formato de amônio. À medida que o CO2 atmosférico se dissolve no aquífero subaéreo, o pH desse aquífero diminui. No vale desértico, a evaporação da água — um solvente com "reatividade de fundo" nucleofílica — deixa como resíduo a formamida, um solvente com "reatividade de fundo" eletrofílica. Como resultado, podem formar-se nucleobases, nucleobases formiladas e carboidratos formilados, incluindo a ribose formilada. Processos químicos bem conhecidos transformam essas estruturas em nucleosídeos, nucleotídeos e RNA oligomérico parcialmente formilado.”

A Tapeçaria do RNA e os Horizontes da Biopoese

Ao cruzarmos as perspectivas apresentadas por Harold S. Bernhardt e Steven A. Benner com seus colaboradores, percebemos que a Hipótese do Mundo do RNA se consolida não como um dogma incontestável, mas como o modelo mais robusto e coerente de que dispomos para explicar a aurora da vida. Como bem argumenta Bernhardt, embora o RNA pareça complexo à primeira vista, ele resolve o clássico dilema do "ovo e da galinha" ao unir em uma única molécula a capacidade de armazenamento de informação e a atividade catalítica. As objeções tradicionais sobre sua instabilidade ou limitação catalítica vêm ceder espaço perante evidências empíricas de que formas mínimas e análogos estruturais — como explorado em nossas notas anteriores — operavam com extrema versatilidade.

Por sua vez, o modelo geoquímico de Benner et al. preenche uma das lacunas mais espinhosas da pré-biologia: a síntese viável de açúcares e nucleotídeos em terra firme. Ao substituir o caótico oceano primitivo por vales secos intermontanos, bacias ricas em borato e aquíferos alcalinos gerados por serpentinização, a química demonstra que a ribose e o RNA puderam ser sintetizados de forma direcionada, estabilizados por minerais e protegidos da degradação pela água.

Em suma, a biopoese deixa de ser vista como um milagre improvável e passa a ser compreendida como o resultado inevitável de leis físico-químicas operando sobre matrizes minerais e moleculares simples. As engrenagens da hereditariedade e do metabolismo construíram seus primeiros pilares muito antes do advento das proteínas modernas, provando que a vida, em sua essência, brotou da capacidade intrínseca da matéria orgânica em se organizar, experimentar e evoluir.