James Watson e Francisco Crick explicaram que sua decisão de estudar biologia molecular com base em particular nos métodos de cristalografia com raios X veio da leitura da famosa obra O que é vida? do Prêmio Nobel de físico Erwin Schrodingerpublicado logo após a guerra.
Para o estudo científico da própria origem da vida, uma das obras fundadoras é certamente aquela publicada em russo na década de 1930 e à qual devemos bioquímico Alexander Oparin soviético (1894-1980). Só foi traduzido depois da guerra e na verdade também continha ideias do estudioso da década de 1920, mas imediatamente chamou a atenção de Stanley Miller.
Depois, em tese sob a supervisão do ganhador do Prêmio Nobel química Harold Urey, da Universidade de Chicago, com apenas 23 anos, o jovem investigador de origem bielorrussa e letã queria saber se as ideias sobre a origem da vida propostas na década de 1920 por Oparine, mas também pelo biólogo inglês John Burton Haldane, eram mais do que simples especulações científicas.
Em 1953, ele começou a simular o ambiente da Terra primitiva, há 4,5 bilhões de anos. Na época de Miller, presumia-se que a atmosfera do nosso planeta continha então vapor de água, metano,amônia e ohidrogêniopor analogia com a composição da atmosfera de Júpiter, considerado um fóssil da formação do Sistema solar.
Por Hervé Cottin, astroquímico, professor universitário, Lisa, Universidade de Paris Est Créteil, Universidade de Paris-CNRS. Você sabia que Louis Pasteur ajudou a trazer a questão das origens da vida para a era da ciência moderna? Hervé Cottin também nos conta sobre a experiência Miller-Urey. © Sociedade Francesa de Exobiologia
A experiência de Miller
A hipótese era plausível uma vez que o campo da gravidade da Terra apenas teria atraído para si a mesma mistura de gás presente naquele momento no disco protoplanetário o que daria as atmosferas desses gigantes. No entanto, a atmosfera do nosso Planeta deveria conter principalmente metano, amoníaco e dióxido de carbono – hidrogénio ehélio em grande parte na maioria nos gigantes que não podem permanecer presos por muito tempo no fraco campo da gravitação da Terra, acreditava-se.
Miller, portanto, colocou esses gases em um balão, submeteu-os à radiação ultravioleta semelhante ao dos jovens Sol bem como choques eléctricos, como por ocasião detrovoadas.
Depois de alguns dias, o químico percebeu a formação de um depósito escuro nas paredes do balão cheio de água que supostamente representava o oceano terrestre. A análise mostrou que não continha apenas formaldeído e oácido cianídrico (dois moléculas que desempenham um papel fundamental na síntese de moléculas orgânicas de interesse biológico), mas também pequenas quantidades deaminoácidosparticularmente o glicínias. Uma química prebiótico poderia, portanto, muito bem ter estado na origem da vida na Terra.
Um diagrama de vários experimentos de Miller realizados até o momento. Diversas misturas de gases contendo proporções variadas daquelas indicadas foram submetidas a arcos elétricos e às vezes também a raios ultravioleta. As moléculas prebióticas resultantes podem ter formado uma “sopa quente primitiva” nos oceanos de onde surgiu a vida. © Yassine Mrabet
A composição química da atmosfera primitiva tem sido questionada desde então por múltiplas razões (o hidrogénio poderia ter deixado a Terra menos rapidamente do que se pensava anteriormente) e numerosas variações da composição química da atmosfera.Experiência de Miller surgiu nas décadas seguintes, particularmente com uma atmosfera muito mais rica em dióxido de carbono. O próprio Stanley Miller co-assinou um artigo publicado em 2008 (leia aqui) descrevendo outra versão de sua experiência, o trabalho final de sua vida desde a morte do pesquisador, em maio de 2007.
Ainda assim, um novo capítulo na saga das ideias de Oparine e da experiência de Miller acaba, sem dúvida, de ser escrito com um artigo na famosa revista Pnas e que devemos em particular aos investigadores da Universidade do Colorado em Boulder, nos Estados Unidos.
“ Nosso estudo pode nos ajudar a compreender a evolução da vida em seus estágios iniciais “, explica Nathan Reed em comunicado de imprensa da Universidade, primeiro autor do estudo e pesquisador de pós-doutorado no NASA.
“ A vida provavelmente exigia condições muito específicas para prosperar, como vulcões ou fontes hidrotermais com química complexa. Anteriormente, pensava-se que a vida tinha de começar do zero, mas os nossos resultados sugerem que algumas destas moléculas mais complexas já estavam disseminadas em condições inespecíficas, o que pode ter facilitado aemergência da vida “, acrescenta sua colega e coautora Eleanor Browne, professora de química e pesquisadora do Departamento de Química e do Instituto de Pesquisa Cooperativa em Ciências Ambientais (Cires) da Universidade do Colorado.
Atmosferas de enxofre
Mas o que descobriram estes dois investigadores e outros colegas?
Para entender isso, você precisa saber que vários dos aminoácidos que os seres vivos usam para construir proteínas conter enxofre. Devemos também lembrar que a jovem Terra era particularmente vulcânica e, portanto, a sua actividade neste sentido deve ter injectado na atmosfera compostos de enxofre, como o dióxido de enxofre.
No entanto, pensava-se que processos como os avançados por Oparine e ilustrados pela experiência de Miller e seus descendentes não permitiam passar de uma atmosfera com compostos simples de enxofre para biomoléculas de enxofre e, em particular, aminoácidos de enxofre. Este último provavelmente veio de uma química prebiótica ou totalmente biótica mais avançada, particularmente em relação às fontes vulcânicas hidrotermais.
Também prevemos que formas de vida que usam quimiossíntese baseados no enxofre que conhecemos hoje na Terra, justamente com essas fontes, são um indício de que a vida apareceu pela primeira vez nessas fontes, na ausência de fotossíntese.
Na escuridão total destes locais únicos que são as fontes hidrotermais Endeavour, a investigação oceânica revela os segredos mais escondidos sobre a vida na Terra e possivelmente noutros locais do nosso Universo. Os fumos negros e as fontes hidrotermais criam um oásis ecologicamente rico nas profundezas dos oceanos, onde as criaturas quimiossintéticas prosperam e os produtos químicos fornecem a energia para sustentar a vida. © Ocean Networks Canadá
Deste ponto de vista, compreendemos melhor porque é que quando foi anunciado que o Telescópio Espacial James Webb havia detectado na atmosfera do exoplaneta K2-18b de sulfeto de dimetilaum composto orgânico de enxofre produzido por algas fuzileiros navais terrestres, alguns viram isso como um possível sinal de vida extraterrestre.
Mas outros recordaram que não podíamos ter a certeza de que os processos abiótico não são capazes de produzir essas moléculas. Na verdade, o comunicado de imprensa da Universidade de Boulder explica que em trabalhos anteriores, Reed e Browne conseguiram sintetizar sulfeto de dimetila em laboratório, usando apenas luz e gases atmosféricos comuns.
Eles claramente se comprometeram a explorar a questão e desta vez Browne Reed e sua equipe relatam resultados obtidos com uma mistura de gases contendo metano dióxido de carbonode sulfeto de hidrogênio e oazoto para simular a atmosfera primitiva da Terra.
O comunicado de imprensa anuncia-nos hoje que “ usando um espectrômetro de massa ultrassensível capaz de identificar e medir diferentes compostos químicos, a equipe de Browne descobriu que a simulação da Terra primitiva havia produzido uma série de biomoléculas de enxofre, incluindo aminoácidos cisteína e taurina, bem como coenzima M, um composto essencial para metabolismo.
Ao extrapolar seus resultados de laboratório para calcular a quantidade de cisteína que uma atmosfera inteira poderia produzir, os pesquisadores descobriram que a atmosfera da Terra primitiva poderia ter fornecido cisteína suficiente para abastecer cerca de 1027 células. A Terra é atualmente o lar de aproximadamente 1030 células “.
É claro que isso foi suficiente para ajudar no início da vida, essas biomoléculas formadas na atmosfera terrestre, podendo se depositar no solo ou nos oceanos com a chuva.