Uma das maiores questões da ciência é como a vida começou na Terra. Os pesquisadores geralmente concordam que o aparecimento dos primeiros biopolímeros e seus blocos de construção marcou um passo importante na origem da vida (OoL). No entanto, os cientistas ainda não sabem exatamente como uma coleção de produtos químicos inertes pré-históricos (gases) se transformou nos primeiros sistemas vivos.
O mistério continua difícil de resolver porque a sequência completa de eventos que levaram à vida não pode ser observada diretamente e é muito difícil de recriar. Ao longo do século passado, os cientistas propuseram muitas hipóteses, a maioria delas centradas na evolução química que ocorre na Terra ou no espaço. No entanto, cada explicação tem limitações, muitas vezes dependendo de descobertas experimentais específicas e/ou suposições teóricas.
Vários modelos bem conhecidos tentaram explicar o OoL químico (terrestre), incluindo o mundo do metabolismo primordial (mundo FeS), o mundo do zinco, o mundo do tioéster, o mundo do RNA e o mundo lipídico. Embora cada um forneça informações valiosas, nenhum oferece uma explicação completa de como a vida surgiu a partir de matéria inanimada. Nenhuma teoria única foi capaz de integrar com sucesso todos os aspectos do processo num cenário único e convincente.
Uma nova estrutura construída em torno de nanozimas
Para resolver este problema, o professor Yundong Jin, da Escola de Engenharia Biomédica da Universidade de Shenzhen, na China, propôs a “hipótese das nanozimas” para OoL na Terra.
A hipótese sugere que nanozimas minerais naturais primitivas (MN-zimas), juntamente com gerações posteriores de nanozimas orgânicas hibridizadas de pequenas moléculas, desempenharam um papel central no surgimento e evolução da vida. De acordo com esta ideia, estes materiais foram especialmente importantes nos primeiros estágios do desenvolvimento da vida, ajudando a criar as primeiras moléculas biologicamente importantes a partir de matéria inanimada.
Sob as condições primitivas da Terra, os invernos MN poderiam gradualmente transformar produtos químicos inertes pré-históricos (gases) em moléculas cada vez mais complexas através de uma combinação de processos químicos (e físicos). O autor sugere que esta transformação ocorreu principalmente através de um processo descrito como “fotossíntese inorgânica”.
Múltiplos papéis na evolução química inicial
A hipótese do nanoinverno atribui várias funções importantes aos invernos naturais do MN. Estes incluem (a) catálise, (b) ligação/aprisionamento de superfície, (c) irradiação anti-UV, (d) seleção (foto) e (f) controle de fluxo de energia.
Ao cumprir essas funções, os invernos MN poderiam influenciar as primeiras reações químicas usando fontes naturais de energia, como luz, calor e eletricidade. A hipótese também sugere que ajudaram a converter energia em informação molecular armazenada em moléculas (e objetos) que poderiam ser lidas, escritas e duplicadas. Tais habilidades são consideradas pré-requisitos essenciais para o surgimento dos sistemas vivos.
A terra é como um gigantesco laboratório natural
A hipótese vê a própria Terra como capaz de criar gradualmente um mundo orgânico a partir de um ambiente inicialmente completamente inorgânico sob duras condições primitivas, uma ideia amplamente consistente com conceitos anteriores de abiogênese.
Neste contexto, a Terra funcionou como um laboratório químico natural e completo, operando durante vastos períodos de tempo. Os gradientes naturais de pressão e temperatura em todo o planeta (do manto à crosta), especialmente perto de vulcões ativos e fontes termais geotérmicas, podem ter fornecido condições ideais para reações de lava de alta temperatura/alta pressão e reações hidrotérmicas.
Os primeiros invernos de MN, incluindo metais/metais nobres, óxidos metálicos e NPs de sulfetos, poderiam ter sido gerados nesses ambientes. Vale ressaltar que abordagens semelhantes são hoje amplamente utilizadas em laboratórios para a síntese de nanozimas artificiais.
Ao longo de bilhões de anos, esta coleção primordial de invernos MN pode ter evoluído lentamente, atualizado e se tornado cada vez mais complexa. Alguns deles podem até ter se tornado parte de organismos vivos. Segundo a hipótese, esse processo facilitou a evolução dos minerais e as mudanças graduais no meio ambiente, o que melhorou as condições de sobrevivência e desenvolvimento das moléculas prebióticas e da vida primitiva.
Um grande número de nanopartículas minerais na Terra
Os NPs minerais já estão difundidos em todo o ambiente natural da Terra. Todos os anos, milhares de teragramas (Tg) (1 Tg = 1012 g) essas partículas circulam nos ecossistemas. Alguns deles têm atividade enzimática natural e, portanto, são classificados como MN-zimas.
Esses materiais são encontrados nos oceanos, águas, atmosfera e solo, onde desempenham um papel importante nos ciclos biogeoquímicos ambientais.
Descobertas recentes também mostram que a natureza pode produzir invernos MN mais facilmente do que se pensava anteriormente. Estudos demonstraram que NMs podem se formar espontaneamente como resultado do intemperismo de minerais naturais em microgotículas de água carregadas ou sob irradiação UV. A luz solar e os raios podem fornecer adicionalmente as condições fotocatalíticas e eletrocatalíticas necessárias para apoiar a produção em larga escala tanto das nanozimas originais quanto das nanozimas híbridas orgânicas posteriores, juntamente com o fornecimento abundante de moléculas prebióticas na superfície da Terra.
Apresentado por “Au World”
Um aspecto particularmente notável da hipótese são os NPs de ouro protegidos por monocamada (AuNPs).
O autor argumenta que essas partículas podem ter estado entre os invernos MN mais eficazes e podem ter sido centrais para a história evolutiva dos nanoinvernos durante o OoL na Terra. Ele chama esse conceito de “mundo Au”.
Embora hoje os AuNPs sejam geralmente considerados nanozimas artificiais, a hipótese sugere que eles eram geologicamente prováveis em uma variedade de ambientes naturais na Terra.
Os AuNPs livres podem ter tido dificuldade em permanecer estáveis na sopa original porque geralmente requerem um revestimento superficial orgânico. No entanto, após pequenas moléculas como tióis e aminas terem sido produzidas (por outras MN-zimas) e acumuladas em certos locais, os AuNPs podem ter permanecido em formas protegidas por monocamada (tióis/aminas). Assim, puderam participar de uma rede mais ampla de reações que contribuíram para o surgimento da vida.
As quatro condições básicas para a vida das moléculas
Para explicar melhor como as moléculas da vida poderiam ter sido selecionadas e estabilizadas naturalmente, o autor identifica 4 elementos e condições principais associados à OoL na Terra:
- Ciclo úmido-seco e anfifilismo
- Automontagem e auto-organização
- Atividade catalítica e protoenzimática
- Simbiose e estabilização de pares
Juntos, esses fatores são propostos como requisitos fundamentais para a sobrevivência e evolução das primeiras moléculas associadas à vida.
Olhe para frente
A revisão vai além das próprias nanozimas e explora várias outras questões importantes relacionadas ao OoL na Terra. Estes incluem o paradoxo da água, a importância da micronanoestrutura da superfície da Terra e as propriedades físico-químicas únicas da água e o ciclo de ambientes secos e úmidos que podem ter influenciado a química prebiótica.
O autor também discute a cooperação molecular e a coevolução nos estágios iniciais do surgimento da vida, bem como perspectivas adicionais da física OoL, incluindo ideias relacionadas à origem quiral das biomoléculas.
Em última análise, a hipótese das nanozimas pretende fornecer uma estrutura mais ampla que possa ajudar a reconciliar divergências de longa data entre teorias concorrentes sobre a origem da vida. O autor espera que isto lance uma nova luz sobre um dos mistérios mais antigos da ciência, bem como encoraje novas pesquisas sobre o possível papel das nanozimas na origem da vida na Terra.
