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Pesquisa propõe outra teoria para a origem da vida

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Um experimento recente revisitou uma das mais conhecidas teorias sobre a origem da vida na Terra e propõe um mecanismo alternativo para a formação das primeiras moléculas orgânicas essenciais. Com base em uma versão atualizada do famoso experimento de Miller-Urey, cientistas sugerem que micro-raios gerados em névoas de água podem ter sido responsáveis por iniciar reações químicas fundamentais há bilhões de anos.

A hipótese foi apresentada por uma equipe liderada pelo químico Dr. Richard Zare, da Universidade Stanford, em pesquisa publicada na revista Science Advances. Segundo os pesquisadores, esse fenômeno elétrico em escala microscópica seria mais frequente e contínuo do que os raios atmosféricos, historicamente considerados um dos principais catalisadores da chamada “sopa primordial”.

Revisitando o experimento clássico

  • Em 1953, Stanley Miller e Harold Urey criaram em laboratório uma mistura gasosa para simular a atmosfera primitiva da Terra.
  • Ao aplicar descargas elétricas sobre o sistema, conseguiram sintetizar aminoácidos simples, base da formação de proteínas.
  • O novo estudo partiu dessa mesma estrutura experimental, mas com foco em descargas elétricas em escala micro, entre gotículas de água com diâmetro entre 1 e 20 micrômetros.
  • “As gotículas maiores são carregadas positivamente. As menores são carregadas negativamente. Quando as partes com cargas opostas ficam próximas, os elétrons podem saltar de uma para outra”, explicou o Dr. Zare em entrevista à CNN.
  • A equipe capturou com câmeras de alta velocidade os flashes emitidos por essas microdescargas elétricas, confirmando que esse processo gera ligações entre carbono e nitrogênio — necessárias para a formação de aminoácidos como a glicina, além da base nitrogenada uracila, presente no RNA.
Detecção de luminescência na divisão de microgotas de água (Imagem: Yifan Meng et al. / Science Advances)

Uma nova centelha para a abiogênese

Apesar de não trazer descobertas químicas inéditas, a pesquisa reforça a viabilidade de outro mecanismo natural para a síntese de moléculas orgânicas a partir de compostos inorgânicos. “Não descobrimos nenhuma nova química”, afirmou Zare. “O que fizemos, pela primeira vez, foi observar que pequenas gotículas de água emitem luz e geram essa centelha. E essa centelha desencadeia todo tipo de transformação química.”

A astrobióloga e geobióloga Dra. Amy J. Williams, da Universidade da Flórida, que não participou do estudo, comentou os achados: “É reconhecido que um catalisador energético foi quase certamente necessário para facilitar algumas das reações na Terra primitiva que levaram à origem da vida. Os raios, ou neste caso, os micro-raios, possuem energia suficiente para quebrar essas ligações moleculares e, assim, facilitar a geração de novas moléculas essenciais para a origem da vida na Terra.”

Vantagens dos micro-raios em relação aos raios atmosféricos

A teoria clássica que envolve raios como fonte de energia para a formação de moléculas orgânicas já foi questionada por sua baixa frequência na atmosfera primitiva. “Mesmo em uma Terra instável, bilhões de anos atrás, os raios podem ter sido raros demais para produzir aminoácidos em quantidades suficientes para sustentar a vida”, explicou Zare.

Em contraste, a formação constante de névoas e gotículas de água em lagos rasos e poças poderia ter oferecido um ambiente mais propício para reações frequentes e contínuas.

A formação de névoas e gotículas em lagos e poças poderia ser um ambiente positivo para reações que poderiam resultar na origem da vida (Imagem: klyaksun / Shuttertock.com)

“As microdescargas entre microgotículas de água carregadas produzem todas as moléculas orgânicas observadas anteriormente no experimento de Miller-Urey”, destacou Zare. “Propomos que este é um novo mecanismo para a síntese prebiótica das moléculas que compõem os blocos fundamentais da vida.”

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Hipóteses ainda em aberto

Apesar dos avanços, Zare reconhece que a origem da vida permanece uma questão em aberto. “Ainda não sabemos a resposta para essa questão. Mas acredito que estamos mais próximos de entender melhor o que pode ter acontecido.” A teoria da abiogênese ainda contempla outras possibilidades, como a formação de aminoácidos em fontes hidrotermais no fundo dos oceanos ou a panspermia, ideia de que compostos orgânicos vieram do espaço por meio de cometas ou asteroides.

Para a Dra. Williams, o novo estudo adiciona uma peça ao quebra-cabeça: “Este estudo oferece mais uma possibilidade para a formação das moléculas cruciais para o surgimento da vida”. Ela complementa: “A água é um elemento onipresente em nosso mundo, o que levou à descrição da Terra como ‘Mármore Azul’. Talvez a queda da água tenha desempenhado um papel ainda maior na origem da vida do que imaginávamos.”

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‘Jantar acompanhado’ pode ser a chave da evolução da vida complexa

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Uma pesquisa publicada nesta segunda-feira (31) na revista Nature Physics revela que um organismo unicelular chamado stentor pode cooperar com outros da mesma espécie para melhorar sua alimentação. Embora não tenha cérebro ou sistema nervoso, essa criatura microscópica consegue formar colônias que aumentam o fluxo de água ao seu redor, facilitando a captura de alimentos.

Os stentores fazem parte de um grupo chamado protistas e são gigantes entre os seres unicelulares. Eles podem atingir o tamanho da ponta de um lápis afiado e vivem em lagoas e ambientes aquáticos. Para se alimentar, usam pequenos cílios que criam correntes na água e direcionam bactérias e algas microscópicas até suas bocas.

No entanto, quando a comida é escassa, esse mecanismo pode não ser suficiente. Foi observando esse problema que os cientistas descobriram que os stentores podem melhorar suas chances de capturar presas se juntando em grupos. Quando agem em conjunto, eles criam um fluxo de água mais forte e eficiente.

Os stentors em forma de trombeta, um dos maiores organismos unicelulares conhecidos na Terra, às vezes se agrupam – mas até agora não se sabia ao certo o objetivo disso. Crédito: Shashank Shekhar / Universidade Emory

A união faz a força

Pesquisadores da Universidade Emory, nos EUA, realizaram experimentos para entender como esses organismos interagem. O estudo foi liderado pelo biofísico Shashank Shekhar, que comparou essa cooperação ao comportamento de seres humanos organizados. “Eles formam essa estrutura de ordem superior, como o que fazemos como humanos”.

Para visualizar os movimentos da água ao redor dos stentores, os cientistas usaram gotas de leite em uma placa de Petri. Sob o microscópio, o líquido se misturava com a água e revelava redemoinhos criados pelos cílios desses organismos. Shekhar descreveu o efeito como semelhante ao movimento das estrelas na famosa pintura “A Noite Estrelada”, de Vincent van Gogh.

Os experimentos mostraram que, quando estão sozinhos, os stentores produzem apenas pequenas correntes d’água. Mas, quando se agrupam, os fluxos se combinam e se tornam mais fortes, aumentando a quantidade de alimento capturado. Isso sugere que esses microrganismos unicelulares podem cooperar de maneira eficiente, mesmo sem um sistema nervoso.

Os movimentos criados pelos stentors foram comparados com o cosmos rodopiante de “A Noite Estrelada”, de Vincent van Gogh. Crédito: Shashank Shekhar / Universidade Emory

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Além disso, a equipe observou que os stentores se aproximavam e se afastavam repetidamente, como se estivessem sendo repelidos por um ímã. Esse comportamento intrigou os pesquisadores, que decidiram analisá-lo mais detalhadamente.

As gravações feitas no microscópio mostraram que os pares de stentores nem sempre eram iguais em força. Um dos organismos gerava um fluxo de água mais intenso que o outro. Quando se aproximavam, esse fluxo mais forte beneficiava o vizinho mais fraco, permitindo que ele capturasse mais presas.

Esse comportamento levou os cientistas a identificarem uma estratégia que Shekhar chamou de “comportamento promíscuo”. Ou seja, os stentores estão constantemente mudando de posição dentro do grupo para encontrar parceiros que gerem fluxos de água mais fortes. Dessa forma, eles maximizam sua capacidade de alimentação e aumentam as chances de sobrevivência.

Em uma placa de Petri, os cientistas estudaram a dinâmica dos fluidos dos stentors interagindo uns com os outros. Crédito: Shashank Shekhar / Universidade Emory

A pesquisa sugere que a formação de grupos entre seres unicelulares pode ter sido um passo crucial para a evolução dos organismos multicelulares. Segundo William Ratcliff, biólogo evolutivo do Instituto de Tecnologia da Geórgia, esse tipo de cooperação pode ter influenciado a evolução das presas também.

Evolução da vida vai além da genética e da química

Ratcliff explica que quando predadores unicelulares como os stentores se organizam para capturar melhor suas presas, essas presas precisam desenvolver estratégias para sobreviver. Uma dessas estratégias pode ter sido a formação de grupos, o que levou à evolução de organismos multicelulares.

“Se você é uma única célula, você é o jantar”, afirmou Ratcliff ao jornal The New York Times. “Mas se você pode formar grandes grupos de células, agora você é grande demais para ser comido.” Isso sugere que os predadores não foram os únicos a se beneficiar da cooperação. Suas presas também evoluíram para se proteger.

A pesquisa destaca que a evolução da vida não depende apenas de mutações genéticas ou processos bioquímicos, mas também de fatores físicos, como o movimento da água. Segundo Shekhar, a física pode ter desempenhado um papel fundamental no desenvolvimento da multicelularidade.

“Sempre pensamos em genes e produtos químicos, mas também há uma forte base física no desenvolvimento da vida multicelular”, disse. “Mesmo algo como o fluxo de água poderia ter afetado a evolução”.

O estudo abre novas possibilidades para entender como os primeiros organismos vivos da Terra começaram a cooperar entre si, o que pode ter sido um fator essencial para a complexidade da vida que existe hoje.

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“Microrraios” em gotas d’água podem ter ajudado a criar a vida na Terra

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Como a vida começou na Terra segue sendo um mistério. Algumas hipóteses sugerem que moléculas orgânicas vieram do espaço, trazidas por cometas. Outras apontam para reações químicas em fontes hidrotermais no fundo do oceano. Agora, uma nova teoria propõe que minúsculas faíscas elétricas em gotas d’água possam ter sido essenciais nesse processo.

Em poucas palavras:

  • A origem da vida na Terra é um mistério, com várias teorias sobre como as moléculas orgânicas surgiram;
  • Pesquisadores dos EUA sugerem que faíscas em gotas d’água, chamadas de microrraios, podem ter sido o estopim;
  • Esses microrraios geram reações químicas, formando moléculas essenciais para a vida, como aminoácidos e RNA;
  • Diferentemente dos raios, microrraios são comuns e ocorrem em escalas muito menores, facilitando as reações químicas.

Pesquisadores da Universidade de Stanford, nos EUA, descobriram que jatos finos de água geram cargas elétricas ao se dispersarem no ar. Essas descargas, chamadas de “microrraios”, podem iniciar reações químicas importantes. Quando as gotas estão cercadas pelos gases certos, os microrraios ajudam a formar moléculas que são a base da vida, como aminoácidos e componentes do RNA.

Estudo aponta que gotículas de água carregam cargas opostas e, quando se juntam, pequenas faíscas saltam entre elas criando reações químicas. Crédito: Creatikon Studio – Shutterstock

Publicada sexta-feira (14) na revista Science Advances, a pesquisa sugere que esse processo pode ter acontecido em cascatas, ondas quebrando e até no interior de fendas rochosas. “Sprays de água estão por toda parte, especialmente ao redor de rochas. Esses espaços podem concentrar os produtos químicos necessários para a vida”, disse o químico Richard Zare, líder do estudo, ao jornal The Guardian.

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Primeira teoria sobre a origem da vida na Terra foi proposta por Darwin

Em 1859, Charles Darwin sugeriu que a vida poderia ter surgido em um “pequeno lago quente”. Mais tarde, cientistas levantaram outras possibilidades, como a formação de moléculas orgânicas em fontes hidrotermais ou o impacto de cometas. Nos anos 1950, o famoso experimento de Miller-Urey mostrou que descargas elétricas, simulando raios, podiam produzir aminoácidos.

No entanto, há críticas sobre o papel dos raios na formação da vida. Eles são relativamente raros e, quando ocorrem, os compostos formados podem se dispersar. Já os microrraios identificados pela equipe de Stanford são comuns em gotas d’água e acontecem em escalas muito menores, de poucos bilionésimos de metro.

Os cientistas testaram o efeito pulverizando água em uma mistura de nitrogênio, metano, dióxido de carbono e amônia, gases presentes na atmosfera da Terra primitiva. O resultado foi a rápida formação de moléculas essenciais, como cianeto de hidrogênio, glicina (um aminoácido) e uracila, um dos blocos de construção do RNA.

Detecção de luminescência por fissão de microgotículas de água. Crédito: Richard N. Zare et. al.

A hipótese chamou a atenção de especialistas na origem da vida. Para Eva Stueeken, da Universidade de St Andrews, o estudo abre novas possibilidades. “Precisamos testar diferentes composições de gases e fluidos para entender melhor esse mecanismo”.

O professor David Deamer, da Universidade da Califórnia, também vê potencial na descoberta. “Os microraios agora entram na lista de fontes de energia que podem ter impulsionado a síntese de moléculas orgânicas na Terra primitiva”.

Se confirmada, essa hipótese pode mudar a forma como entendemos o surgimento da vida, provando que as minúsculas faíscas geradas por gotas d’água teriam sido o gatilho para a química que deu origem aos primeiros organismos do planeta.

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Oceanos levaram 500 milhões de anos até se tornaram habitáveis

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Pesquisadores estimaram a linha do tempo dos processos que adaptaram os oceanos para a formação da vida. Eles propõem que os mares, antes muito ácidos e quentes, chegaram ao pH certo para hospedar os primeiros organismos cerca de 500 milhões de anos após a formação da Terra.

O termo pH (potencial hidrogeniônico) é uma medida da concentração de íons de hidrogênio em uma solução aquosa. Quando o nível é inferior a 7, o composto é considerado ácido, enquanto graus mais elevados indicam que a solução é alcalina.

A classificação dos oceanos modernos é ligeiramente alcalina, com um pH em torno de 8,1. O dióxido de carbono liberado na atmosfera tem mudado isso, resultando em mares mais ácidos. Ao se elevar o nível de acidez, os oceanos tornam-se incompatíveis com a vida porque dificultam a formação de moléculas orgânicas, explicam os cientistas.

Kit de fitas coloridas usado para medir o pH de uma substância.
(Imagem: Alvy16 / Wikimedia Commons)

Publicada na revista Nature Geoscience, a pesquisa estima que as condições primitivas do planeta geraram oceanos ácidos. Porém, tudo mudou com os processos tectônicos, que alteraram a química dos mares.

Acúmulos de água com pH mais baixo existiam em baías isoladas. Mas, eles tinham pouca conexão com os oceanos globais. “Para compreender a origem da vida, torna-se importante compreender quando e como a Terra começou a acolher um oceano com um pH mais neutro”, disse o primeiro autor do estudo, Meng Guo, ex-aluno da Universidade de Yale e pós-doutorando presidencial na Universidade Tecnológica de Nanyang, em Singapura, em um comunicado.

Os mares eram ácidos e quentes

Guo e o professor Jun Korenaga estimaram o tempo que os processos da história natural terrestre levaram para chegar a um ponto compatível com a vida. Eles modelaram as taxas de intemperismo dos silicatos do fundo do mar, o movimento dos primeiros protocontinentes e a captura do dióxido de carbono da atmosfera. 

A partir disso, chegaram ao resultado de que o pH oceânico da época era por volta de 5. Foram necessários 500 milhões de anos para atingir a neutralidade. Os pesquisadores se guiaram por uma série de estudos sobre a Terra antiga publicados pelo grupo de Korenaga.

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Microrganismos também estão presentes nos locais mais profundos dos oceanos. (Imagem: Osman Temizel / Shutterstock.com)

“Acho que a principal razão pela qual somos capazes de fazer esta modelagem agora é que a nossa compreensão da tectônica da Terra primitiva melhorou drasticamente nos últimos anos”, disse Korenaga, professor de ciências planetárias e da Terra da Faculdade de Artes e Ciências de Yale 

O processo de neutralização se deu por meio do intemperismo e da movimentação das placas tectônicas. Eles propõem que os oceanos eram inicialmente quentes e ricos em magnésio, o que acelerou a intempérie de rochas que produzem compostos alcalinos ou retêm dióxido de carbono, o que diminuiu a acidez.

Uma resposta leva a inéditas perguntas

A pesquisa levanta novas questões. A Terra tem 4,54 bilhões de anos e os relógios moleculares estimam que a vida surgiu há 4,2 bilhões de anos. Esse período é anterior ao que os pesquisadores constataram como ideal pelo pH dos oceanos.

Porém, há possíveis soluções. A estimativa pode estar errada, o que não é incomum, mas a validade dos relógios moleculares também é questionada quando evidências fósseis são utilizadas para calibrá-los.

“Modelar a evolução a longo prazo do pH dos oceanos é um problema notoriamente difícil, pois envolve quase todos os componentes do sistema terrestre: a atmosfera, o oceano, a crosta e o manto”, diz Guo

Cientistas dizem que LUCA, organismo ancestral comum universal , era similar aos procariontes. (Imagem: fusebulb/Shutterstock)

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No entanto, os novos conhecimentos podem ser a resposta para a questão de onde a vida começou. As principais hipóteses são em fontes termais no fundo do mar ou em lagoas insulares.

Os autores reconhecem que, segundo outras pesquisas, os oceanos da Terra poderiam ser alcalinos desde o início do planeta. Contudo, as poucas rochas daquela época que sobreviveram não são do tipo que preserva o registro do pH em que se formaram.

Descobertas além da história natural

A equipe disse que as suas descobertas vão além das transformações primitivas da Terra. Elas podem revelar também o papel que esses processos desempenham no clima moderno. 

Entender a origem da vida terrestre também abre margem para melhorar a busca por vida extraterrestre. Por isso, a pesquisa foi apoiada, em parte, por uma bolsa de astrobiologia da NASA. Se Guo e Korenaga estiverem certos, a procura por organismos além da Terra poderá ser mais precisa ao olhar com maior atenção o pH dos ambientes em outros planetas.

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