A origem da vida

Por: Matt Ridley Traduzido e adaptado por Paulo Andrade

29/12/2012  http://www.rationaloptimist.com/blog/the-origin-of-life.aspx

Ecos eletroquímicos de membranas biológicas em fontes gasosas alcalinas submarinas

Que melhor assunto para um novo ano do que a origem da própria vida? Um novo estudo afirma ter finalmente identificado as condições, localização e caminho pelo qual a vida começou, cortando assim dois nós górdios.

Nó no. 1: é o velho paradoxo do ovo e da galinha em relação à demanda de energia. Os seres vivos consomem energia num ritmo furioso para permanecerem vivos. Toda vez que uma bactéria se divide, ele usa até 50 vezes a sua própria massa em moléculas de “moeda de energia” (chamadas ATP), mesmo quando dispõem de um moderno maquinário proteico, eficiente e especializado para fazer o trabalho. Ao iniciar-se, a vida deve ter sido um processo envolvendo muito mais desperdício de energia, mas seguramente não dispunha de qualquer dos recursos modernos para aproveitar ou armazenar energia.

Nó no. 2: é a entropia. A vida usa a energia para colocar ordem no caos. Então, a localização preferida da ” sopa primordial” do evolucionista Alexander Oparin ou a "poça morna" de Charles Darwin, adicionada de alguns relâmpagos,  é excessivamente livre, do ponto de vista da conservação da entropia: a vida tenderia a se desmanchar antes de poder realmente tomar ímpeto para prosseguir.

Antes da célula existir, a vida precisava de um fornecimento controlado de energia concentrada em um espaço confinado. Comparando as sequências de genes chegou-se  à conclusão de que na raiz da árvore genealógica da vida encontram-se as bactérias e arqueobactérias (criaturas unicelulares, como bactérias) "quimiosmóticas" . Estes microrganismos efetivamente carregam suas baterias eletroquímicas pela conversão de dióxido de carbono em metano ou no composto orgânico acetato.

Onde elas se originam? Em 2000, exploradores encontraram aberturas (ou fontes) no meio do Atlântico, no campo hidrotermal conhecido como Cidade Perdida (ver também http://astropt.org/blog/2010/02/23/cidade-perdida/), que eram muito diferentes das bem conhecidas fontes de água profunda, quentes e ácidas, os "fumadores negros": elas permanecem muito mais tempo em atividade, são altamente alcalinas e modestamente quentes.

Fonte hidrotermal em água profunda (fonte: ttp://www.sciencedaily.com/releases/2008/01/080131151856.htm)

Agora Nick Lane, da University College London e William Martin, da Universidade Heinrich Heine em Düsseldorf, na Alemanha, concluíram que este ambiente traz ecos misteriosos do método de armazenamento de energia da vida.

As células armazenam energia por bombeamento de íons carregados, geralmente de sódio ou de hidrogênio, através de suas membranas, efetivamente criando uma tensão elétrica (em geral de menos de 100 mV). Esta é uma característica peculiar, mas universal, da vida e cuja onipresença nunca foi explicada. Os cientistas acreditam que este mecanismo foi originalmente tomado de empréstimo das fontes termais submarinas, como as da Cidade Perdida.

Quatro bilhões de anos atrás, nestas fontes, um fluido alcalino quente rico em hidrogênio encontrou oceanos ácidos saturados de dióxido de carbono. Isso teria gerado um gradiente natural de prótons através das finas paredes de ferro-níquel-enxofre das fontes, com uma tensão ((diverença de potencial ou voltagem) muito parecida com o potencial de membrana dos modernos microrganismos quimiosmóticos. Os autores escrevem: "Em nossa opinião, e dada a quase universalidade dos gradientes de prótons nos seres vivos,  isso não é coincidência."

Os microrganismos que hoje habitam estas fontes hidrotermais utilizam gradientes de prótons para adicionar elétrons a uma proteína chamada ferredoxina, que por sua vez converte o dióxido de carbono em moléculas orgânicas necessárias para o crescimento do microrganismo. As rochas que formam as fontes estão cheias de microporos interconectados, onde estes produtos químicos orgânicos poderiam no passado ter-se acumulado, alguns deles inclusive acelerando (catalizando) ainda mais as reações necessárias à formação do gradiente de prótons.

Os Drs. Lane e Martin têm uma sugestão engenhosa para explicar como a vida restrita a um ambiente bioquímico nas paredes das fontes tornou-se finalmente  vida livre. Um gradiente geoquímico de prótons poderia impulsionar uma bomba bioquímica de íons sódio, permitindo então que uma membrana pudesse excluir sódio, formando desta vez um outro mecanismo de armazenamento de energia elétrica que teria sido muito mais confiável e presente nas primeiras membranas que se fecharam para formar células. Isso explicaria por que muitas proteínas primitivas envolvidas em gradientes eletroquímicos e na geração de energia usam tanto sódio como hidrogênio (prótons), indiscriminadamente; isso explicaria também porque todas as células vivas têm menos sódio no seu interior do que a água do mar.

Com efeito, as reações de energia que acontecem quimicamente em fontes hidrotermais alcalinas foram tomadas emprestadas  e aperfeiçoadas por células vivas, e é por isso que há tantas semelhanças químicas hoje entre as células.

Veja também comentários sobre o artigo de Lane & Martin em http://www.nature.com/news/how-life-emerged-from-deep-sea-rocks-1.12109

O artigo completo pode ser acessado em  http://www.cell.com/retrieve/pii/S0092867412014389  (acesso apenas para usuários dentro das universidades públicas do Brasil ou assinantes cadastrados).