Origem Abiogênica
Da Vida: Uma Teoria Em Crise
Arthur V. Chadwick, Ph.D.
O Estudo da Origem
da Vida Como Uma Ciência
Todo fenômeno é único e
irreproduzível. O propósito do método científico é o de procurar relacionar a
causa (observação) ao efeito, através da tentativa de reproduzir o efeito recriando
as condições sob as quais ele ocorreu previamente. Quanto mais complexo o
fenômeno, maior é a dificuldade que a Ciência têm para investigá-lo. No caso da
investigação cientifica em relação à origem da vida, encontramos dois
problemas: as condições em que ocorreu são desconhecidas e provavelmente
irreconhecíveis com exatidão, e o fenômeno (vida) é tão complexo que nós nem
mesmo entendemos sua propriedades essenciais. Assim, existe uma condição de
“desconhecimento” sobre a origem da vida, bem diferente da associada à maioria
das investigações cientificas. Uma vez que os métodos da ciência e o rigor das
investigações científicas estão em desvantagem neste ponto, devemos estar mais
propensos a considerar informações de qualquer fonte que possam contribuir para
um maior entendimento sobre as origens, em especial a hipótese de que a vida
foi criada por um Ser infinitamente superior. Se uma análise cientifica
cuidadosa nos leva a concluir que os mecanismos propostos de origem espontânea
não poderiam ter produzido uma célula viva, e também o fato de que nenhum
processo natural imaginável poderia ter resultado na origem espontânea da vida,
a hipótese alternativa da Criação se torna mais atraente. Se, por outro lado,
considerarmos que os mecanismos propostos são plausíveis, devemos estar cientes
de que os métodos da ciência jamais poderão responder com certeza a questão
sobre a origem da vida. Vamos começar fazendo considerações sobre a natureza da
vida e depois tentaremos avaliar o estado atual da pesquisa sobre a origem da
vida, também conhecida como “paleogeoquímica”.
O Que É Vida?
As células são o elemento mais
simples de todos os seres vivos. Todos os organismos complexos são compostos de
células. As células também são estruturas excessivamente complexas. Dentro de
cada célula existe um microcosmo do organismo do qual ela é uma parte
funcional. Células únicas de vida livre, como a ameba e outros protozoários,
devem desempenhar todas as funções necessárias para a vida, como os organismos
mais complexos. Essas células possuem sistema digestivo, reprodutor,
respiratório, nervoso, esquelético, excretor, muscular, etc., minúsculos e
muito complexos. Além disso, todas as células vivas possuem características em
comum que são consideradas fundamentais para a vida. Entre elas estão: o código
genético, o código primário do DNA rico em informações, a enzima DNA polimerase
que é necessária para a duplicação do código, os RNA intermediários e a enzima
RNA polimerase, responsáveis pela transcrição do DNA, o mecanismo da síntese de
proteínas envolvendo os ribossomos, os RNA transportadores e as enzimas
necessárias para ligar a cada um deles os seus aminoácidos respectivos, a
membrana celular e as vias metabólicas fundamentais para gerar os materiais
necessários para as reações acima citadas, envolvendo centenas de enzimas.
Talvez a primeira célula viva não possuísse a capacidade de realizar as
atividades da mais simples célula atual. Nesse caso, devemos decidir que
características podemos eliminar, e, depois de eliminá-las, verificar se a
célula ainda consegue sobreviver. Devemos, a seguir, explicar como essas
características surgiram depois no processo da evolução e porque elas são
comuns a todas as células. Discutiremos mais sobre essas características mais
adiante. Agora, vamos dar uma olhada no sistema proposto que originou essa
célula.
Como Pensam
os Autores da Teoria da Origem Abiogênica da Vida?
Foram propostos quatro componentes
essenciais para o origem da vida:
1. Uma atmosfera cheia de moléculas gasosas reduzidas e uma
fonte de energia para converter essas moléculas em precursores biológicos
necessários à vida.
2. Um oceano cheio de pequenas moléculas biológicas
resultantes do item anterior.
3. Um
mecanismo que gere, a partir deste oceano de moléculas, os polímeros ricos em
informação necessários à formação da célula viva (DNA, RNA e proteínas).
4. Uma crença em que, se o passo número três for
implementado, este resultará, quase que inevitavelmente, na formação de uma
célula viva.
Examinaremos cada um desses em
seqüência:
Os primeiros estudos sérios sobre a
origem da vida datam de 1920, quando J. B. S. Haldane e A. I. Oparin sugeriram
independentemente que a vida se originou espontaneamente de matéria não viva,
na superfície da terra, num passado remoto, e descreveram um cenário para essa
ocorrência. Como naquele tempo a visão que se tinha era a de que a vida não
passava de uma química complicada, suas idéias se tomaram amplamente aceitas
entre aqueles que procuravam estabelecer uma origem naturalista para
a vida na terra. Mas foi só no ano de 1953 que a idéia da origem espontânea da
vida recebeu aceitação científica, quando Stanley Miller realizou os seus
experimentos que hoje são famosos. Miller usou o ambiente redutor proposto por
Oparin (CH3, NH4 , H20 e H2 ), em
um aparelho de vidro energizado por uma bobina de Tesla, e conseguiu gerar
vários compostos simples, incluindo alguns aminoácidos, além de algum
“alcatrão” (sedimento orgânico polimerizado, sem interesse para os
paleobiogeoquímicos). Miller e Urey propuseram que a luz ultravioleta (UV),
descargas elétricas e relâmpagos produziram pequenas moléculas biológicas
precursoras na “terra primitiva”, que subseqüentemente foram
depositadas nos oceanos pelo ciclo hidrológico. Carl Sagan propôs que a “terra
primitiva” era submetida a um fluxo de raios UV cem vezes mais forte que o de
hoje, e que o H2S proveniente de vulcanismo era o agente que
catalisava a transferência de energia da luz UV para os elementos transparentes
UV na atmosfera. No início da década de 70, Bar-Nun demonstrou que ondas de
choque de alta velocidade eram 10.000 vezes tão eficientes quanto os outros
métodos, em converter a atmosfera gasosa redutora de Oparin em pequenas
moléculas, formando assim quatro aminoácidos. Em anos mais recentes, sob condições
um pouco suspeitas, Yuasa (1984) conseguiu produzir purinas e pirimidinas
(tipos de bases presentes no DNA e no RNA). Atualmente, 14 dos 20 aminoácidos
podem ser produzidos sob condições de atmosfera redutora que se propôs existir
na "terra primitiva". Infelizmente para os que acreditam na origem
espontânea da vida, a maioria dos aminoácidos produzidos por estes experimentos
são glicina e alanina, os dois aminoácidos mais simples. Além disso, vários
aminoácidos não protéicos são produzidos, os quais competirão com os vinte
aminoácidos protéicos em qualquer reação abiogênica.
Existem muitos outros problemas mas,
para aqueles que querem acreditar na origem espontânea da vida, a mera
articulação de um modelo para produzir a “sopa orgânica primordial” de Haldane
e Oparin ou a “sopa diluída de galinha” de Sagan, não importa quão
insatisfatório seja, os encorajam a acreditar que estes modelos podem explicar
a origem da vida.
Nós estudaremos a síntese moderna da
origem da vida e suas especulações, e daí tentaremos avaliar essas especulações
dentro dos parâmetros que os próprios investigadores estabeleceram, para
verificar que esperança eles oferecem em atingir o final proposto, isto é, a
origem espontânea da célula viva. Começaremos o estudo considerando a atmosfera
da terra primitiva e a probabilidade desta gerar um oceano cheio de moléculas
biológicas úteis. Depois verificaremos se há a possibilidade de produzirmos os
tipos de polímeros necessários para a vida, a partir de um oceano cheio de
pequenas moléculas. Então indagaremos se é possível criar uma célula viva e
investigaremos algumas áreas importantes da biologia molecular, para
identificar a complexidade que um sistema vivo possui.
A primeira sugestão de Oparin para a
atmosfera da “terra primitiva” foi H2 , H20, NH3
e CH4. Sendo ele um químico, reconheceu que tal atmosfera redutora
seria necessária para produzir a “sopa orgânica primordial” da qual ele
acreditava que a vida se originou. Como químico, ele reconheceu também a
necessidade de excluir oxigênio ou compostos oxidantes da mistura. Era
conveniente, então, que tal mistura se mostrasse capaz de gerar uma variedade
de pequenas moléculas biológicas. Agora, a pergunta que se deve fazer é “essa
atmosfera realmente existiu na terra?” Uma análise minuciosa do ponto de vista
geológico, químico e cosmológico revelou que essa atmosfera redutora, se é que
algum dia existiu, teria uma vida curta. J. C. G. Walker disse “A evidência mais forte para uma atmosfera
redutora é fornecida pelas condições necessárias para a origem da vida”
(Walker, 1976). Philip Abelson (1966) e J. W. Schopf (1972) concluíram que não
haviam evidências para a existência de uma atmosfera com metano e amônia. Desde
o lançamento da nave espacial Apolo 16, descobriu-se que os raios UV causam a
foto-dissociação de moléculas de água na camada superior da atmosfera terrestre
e isso produz a maior fonte de oxigênio atmosférico livre. Tal oxigênio teria
sido produzido em grande quantidade na terra primitiva devido à ausência da
camada de ozônio que filtra os intensos raios UV do sol. Análises feitas em
rochas sedimentares pré-cambrianas indicaram a presença de oxigênio livre,
talvez em níveis semelhantes aos atuais (Davidson, 1965). Embora pouco se saiba
com certeza sobre as condições para o desenvolvimento de formações com bandas
de ferro e de rochas contendo quantidades significativas de óxidos férricos, é
certo que algum oxigênio livre estava presente. Estas formações foram
consideradas fenômenos da Era Proterozóica e seu aparecimento coincidente com o
surgimento de uma atmosfera oxidante, há mais ou menos dois bilhões de anos
atrás. Agora sabemos que as formações com bandas de ferro e outros sedimentos
oxidados e, provavelmente, também oxigênio livre, estavam presentes durante
todo o Arqueano (Schidlowski, 1976) e que as primeiras evidências de prováveis
formas de vida (3,7 bilhões de anos) não são anteriores às primeiras formações
de bandas de ferro conhecidas.
Durante os últimos vinte anos foram
acumulados outros dados contra uma atmosfera redutora. Muitos que no passado
consideravam a atmosfera redutora como um requerimento indispensável estão
agora pensando melhor. Muitas considerações teóricas requerem que a atmosfera
tenha se originado do desprendimento de gases do manto e tais gases estão
atualmente oxidados uniformemente. A probabilidade de uma atmosfera neutra (CO2,
H2O, N2, e possivelmente um traço de H2) já
foi admitida pela maioria dos pesquisadores da área. Entretanto, tal situação
não parece ter diminuído o entusiasmo da maioria dos pesquisadores. A presença
de oxigênio livre impossibilita virtualmente todos os cenários propostos até
hoje para a abiogênese de formas de vida, e tal atmosfera atualmente parece
estar confirmada.
Análises cuidadosas do cenário
proposto por Oparin-Haldane que teria gerado um oceano cheio de pequenas
moléculas precursoras biológicas, mostraram falhas no conceito da “sopa orgânica
diluída” na terra primitiva. Quando se calcula exatamente quantas moléculas
poderiam ser formadas sob condições ideais, desaparecem as probabilidades de um
tal oceano existir. H.E. Hull (1960), L. G. Sillen (1965) e R. Shapiro (1986)
concluíram que o termo “diluída” é um enorme exagero, e que a quantidade de
aminoácidos presentes não poderia ultrapassar 0,0001 gramas/litro. Esta
concentração seria muito baixa para a ocorrência das reações poliméricas
necessárias para produzir proteínas. H. R. Hullet (1969) considerou que a
concentração de glicina, o aminoácido mais abundante, seria ainda mais baixa:
0,000001 g/l, e K. Dose sugeriu que essa concentração seria 0,00001 g/l. As
concentrações atuais na parte central do Oceano Atlântico variam entre 0,00001
e 0,0001 g/1. Se a síntese de pequenas moléculas a partir da atmosfera
realmente ocorreu na terra primitiva, então, deveriam ter sido produzidas
grandes quantidades de resíduos de “alcatrão”, pois o mesmo ocorreu nos
recipientes experimentais. Assim, na terra primitiva devem ter sido produzidas
grandes quantidades de material não-biológico nitrogenado denominado
“alcatrão”, que teria sido incorporado aos sedimentos do pré-cambriano. Não se
conhece tal material no registro geológico. Desse modo, novamente podemos
concluir que não temos evidência de que a “sopa orgânica diluída” tenha
existido. O que permite que essa idéia persista é o grande desejo de alguns.
Segundo um dos proponentes, “o registro da evolução biológica manifesto na
química dos organismos vivos... provavelmente é a evidência mais forte para a
existência de um período de evolução química na história da terra.” Ora, isto é
evidentemente uma tautologia. Muitos autores apoiam a ausência da “sopa
orgânica diluída”. A. G. C. Smith (1982), W. Day ( 1981), H. D. Pfiug (1981),
C. R. Woese (1979), Hulett (1969), Shapiro (1986), M. Delbruck (1986), a
maioria dos quais provavelmente apoiam algum tipo de origem da vida
pré-biótica, concluíram que não existem evidências para a ocorrência do
processo. Apesar disso, um igual número de autores considera o cenário da
origem da vida tão bem estabelecido que não necessita de nenhuma justificativa!
Sagan e M. J. Newman foram tão longe a ponto de declarar “A ausência de
evidência não é evidência de ausência”. Para aqueles de nós que crêem que a
vida não poderia ter se originado de uma “sopa orgânica diluída", tais
afirmativas religiosas de irracionalismo feitas por Sagan reforçam a nossa
convicção de que ele está errado!
Até aqui, nós só lidamos com o problema
das moléculas pequenas. Concluímos que a terra não teve uma atmosfera redutora
e que, mesmo que esta tivesse existido, não haveria possibilidade de ela ter
originado um oceano cheio de pequenas moléculas, requerido pelos proponentes da
evolução pré-biótica para produzir a primeira célula. Mas ainda temos um
caminho longo a percorrer e eu ainda não terminei. Assim, vamos admitir a
existência de um oceano cheio de pequenas moléculas e ver o que pode ser feito
com ele.
O Surgimento
de Biopolímeros Ricos em Informação
Dado um oceano cheio de moléculas dos
tipos prováveis de terem sido produzidos na terra primitiva, pelos processos
sugeridos pelos cientistas, devemos agora considerar a questão da
polimerização. Essa questão é uma faca de dois gumes: precisamos primeiramente
demostrar que a síntese de macromoléculas é possível sob condições
pré-bióticas, depois devemos elaborar uma maneira lógica de gerar
macromoléculas ricas em informação, necessárias para o desenvolvimento de uma
pré-célula. Vamos trabalhar com as duas coisas separadamente.
A síntese de proteínas e ácidos
nucléicos a partir de pequenas moléculas precursoras representa um dos desafios
mais difíceis ao modelo da evolução pré-biótica. Todas as propostas existentes
apresentam muitos problemas. A polimerização é uma reação na qual a água é um
dos produtos. Ela só será então favorecida na ausência de água. A presença de
precursores em um oceano de água favorece a despolimerização de quaisquer
moléculas que possam ser formadas. Experimentos cuidadosos, feitos em solução
aquosa com altas concentrações de aminoácidos, demonstram a impossibilidade da
ocorrência de polimerização significativa neste ambiente. A análise
termodinâmica de uma mistura de proteína e aminoácidos em um oceano contendo
uma solução de 1 molar de cada aminoácido (concentração esta 100.000.000 de
vezes superior à que se supõe ter existido no oceano pré-biótico) indica que a
concentração de proteínas contendo apenas 100 ligações peptídicas (101
aminoácidos) no equilíbrio seria 10-338 molar. Apenas para tomar
esse número compreensível, nosso universo deve ter um volume próximo a 1085
litros. A 10-338 molar, precisaríamos de um oceano com volume igual
a 10229 universos, só para encontrar uma única molécula de qualquer
proteína com 100 ligações peptídicas. Assim, precisamos procurar outro
mecanismo para produzir polímeros. Este não acontecerá no oceano.
Sidney Fox, um químico de aminoácidos
e um de meus professores, reconheceu o problema e começou a elaborar uma
alternativa. Já que a água é desfavorável à formação de ligações peptídicas, a
ausência de água deve favorecer a reação. Fox tentou fundir aminoácidos puros
cristalinos a fim de promover a formação de pontes peptídicas, retirando a água
da mistura. Ele descobriu, para sua tristeza, que a maioria dos aminoácidos se
quebrava muito antes de se fundirem, produzindo produtos de degradação do tipo
"alcatrão." Depois de muitas tentativas, ele verificou que dois
aminoácidos, ácido aspártico e ácido glutâmico, se fundiam a mais ou menos 200°C.
Ele também descobriu que, se dissolvesse os outros aminoácidos nos aminoácidos
já fundidos (ácidos aspártico e glutâmico) conseguiria produzir uma fusão
contendo 50% dos 18 aminoácidos restantes. Não foi então uma surpresa verificar
que o líquido cor de âmbar, após ser aquecido por umas poucas horas, continha
polímeros de aminoácidos que apresentavam algumas propriedades das proteínas.
Posteriormente, Fox chamou estes produtos de proteinóides. O material
polimerizado pode ser despejado em uma solução aquosa, resultando na formação
de esférulas de material semelhante à proteína, que Fox considerou semelhantes
a células. Fox reivindicou quase rodas as propriedades imagináveis para o seu
produto, incluindo a de que ele tinha alcançado a transição de macromolécula
para célula. Ele foi tão longe a ponto de demonstrar que um pedaço de rocha
originada de lava vulcânica poderia substituir o tubo de ensaio na síntese de
proteínas e afirmou que o processo ocorreu na terra primitiva nas encostas dos
vulcões. Entretanto, seus críticos e seus próprios alunos diminuíram sua
credibilidade. Observe os seguintes problemas:
1. Proteinóides
não são proteínas; eles contêm muitas ligações não peptídicas e ligações
cruzadas não naturais.
2. As
ligações peptídicas existentes neles são do tipo b,
enquanto que todas as ligações peptídicas biológicas são do tipo a.
3. O material com o qual ele iniciou os experimentos
foram aminoácidos purificados, que não teriam semelhança com os materiais
dissolvidos na “sopa orgânica”. Se alguém tentasse fazer o experimento com a
“sopa pré-biótica” condensada, o único produto seria “alcatrão”.
4. A porcentagem de 50% de ácido glutâmico e ácido
aspártico necessária para estes experimentos serem bem sucedidos não se
assemelha à porcentagem muitíssimo superior de glicina e alanina encontradas
nos experimentos de síntese na terra primitiva.
5. Não há evidência de conteúdo informacional nas
moléculas.
Todas
as alegações feitas por Fox falharam nos testes quando examinadas
cuidadosamente. Embora seus resultados parecessem prometedores em teoria, a
realidade é catastrófica para as esperanças dos paleobiogeoquímicos.
Foram
feitas algumas outras tentativas. A mais otimista destas é o uso de argilas. As
argilas são formadas por camadas muito finas e bem organizadas de silicatos de
alumínio complexos associados a muitos outros cátions. Neste ambiente, os
grupos amino básicos tendem a se ordenar, e já foram produzidos polímeros com
dezenas de aminoácidos. Embora estes estudos tenham gerado interesse
entusiástico da parte dos evolucionistas pré-bióticos, sua relevância foi
sufocada rapidamente por diversos fatores:
1. Apesar de aminoácidos terem se ligado por ligações
peptídicas, o produto não contém informações que façam sentido.
2. As argilas mostram preferência por aminoácidos básicos.
3. Devem ser usados aminoácidos puros ativados, ligados à
adenina, para que ocorra polimerização. Aminoácidos adenilados não deveriam ser
um material comum no oceano pré-biótico.
4. Não ocorre polimerização de aminoácidos se aminoácidos
livres forem utilizados.
5. Os polímeros resultantes são, na sua maioria,
tridimensionais e não lineares, como devem ser os biopolímeros.
Pelo menos um cientista
otimista (Cairns - Smith, 1982) acredita que as próprias partículas de argila formaram
a substância do primeiro organismo! Na realidade, o melhor que se pode esperar
de tal cenário é um polímero racêmico contendo aminoácidos protéicos e não
protéicos, que não teriam a menor relevância para os sistemas vivos.
Recentemente
foi aberto um capítulo final com a descoberta das moléculas de RNA
autocatalíticas. Elas foram recebidas com grande alegria pelos evolucionistas
pré-bióticos porque davam esperança de diminuir a necessidade de fabricar
proteínas na célula primordial. As assim chamadas “ribozimas” não
corresponderam ao esperado devido a dois fatores: elas são muito limitadas no
que se mostraram capazes de fazer e a produção dos precursores de RNA por
qualquer mecanismo pré-biótico considerado até agora é um problema tão grande
quanto o que as ribozimas pretendem resolver:
1. Embora a ribose possa ser produzida sob condições
pré-bióticas simuladas, ela é um açúcar raro nos polímeros de formaldeído
(mecanismo pré-biótico que se acredita ter originado os açúcares).
2. Quando a ribose é produzida e condensada com uma base
nucleotídica, resulta uma mistura de isômeros ópticos, e só um deles é
relevante nos estudos pré-bióticos.
3. A
polimerização de nucleotídeos é inibida pela incorporação de tal enantiomorfo.
4. Embora nos sistemas bióticos só ocorram polímeros
3'-5', nas reações sintéticas pré-bióticas também aparecem polímeros 2'-5'.
5. Não
são produzidas nenhuma das 5 bases presentes no DNA/RNA durante a
oligomerização HCN em soluções diluídas (mecanismo pré-biótico que se acredita
ter originado as bases nucleotídicas) e muitas outras bases não codificadoras
competiriam durante a polimerização.
Na tentativa de estabelecer a
credibilidade de vários modelos para a origem da vida, eu negligenciei certas
considerações de grande importância, a fim de permitir que os experimentos
fossem analisados por seus próprios méritos. Mas agora não podemos mais ignorar
estas considerações.
Em todos os estudos experimentais
sobre a origem da vida, a presença do pesquisador é uma contribuição
significativa às conclusões e às condições do próprio experimento. Quando o
pesquisador se propõe a atingir um certo objetivo (síntese de precursores ou
polimerização de precursores) ele naturalmente procura definir um sistema que
tenha alguma possibilidade de alcançar o fim desejado. Assim, escolhem-se
condições nas quais alguns dos materiais sejam apropriados para uma terra
pré-biótica, dando aos estudos um ar de credibilidade. As condições restantes
são cuidadosamente manipuladas para atingir o objetivo desejado. Desse modo,
deixa-se o leitor com a impressão de que muitas coisas, que não teriam
probabilidade de ocorrer em nenhum outro lugar, teriam sido possíveis na terra
pré-biótica. Por exemplo, quando Fox realizou seus experimentos para produzir
proteinóides a partir de aminoácidos, usando rocha de lava no lugar de tubos de
ensaio, ele deu a impressão de que este era um modelo plausível para a terra
pré-biótica. Porém, o que ele cuidadosamente evitou enfatizar era que ele estava
fazendo a reação sobre uma chapa quente, usando uma mistura de aminoácidos
cristalinos purificados produzidos por organismos bióticos (feijão soja) e
purificados por outros organismos bióticos (homem). Ele também controlou
cuidadosamente a temperatura, o tempo e a exposição à água. Deixo por sua conta
determinar qual seria o resultado de tal estudo se ele fosse desenvolvido em
uma rocha de lava quente com a “sopa pré-biótica” condensada. Podem-se fazer as
mesmas críticas de todos os outros estudos mencionados até aqui, desde o estudo
clássico de Miller usando misturas de gases purificados em um recipiente
fechado de vidro, até os estudos com argila usando misturas purificadas de
aminoácidos adenilados. Muitos destes estudos foram planejados para se obter um
resultado desejado e não para testar as condições que os próprios pesquisadores
acreditavam estar presentes na terra pré-biótica. Porém, os resultados são
usados para reforçar a validade da terra abiótica que eles não testaram. Mesmo
os que procuraram trabalhar com condições abióticas não conseguem impedir a
influência do pesquisador. Após uma revisão cuidadosa do cenário da pesquisa
abiogênica, J. Brooks e G. Shaw (1973) concluíram: “Estes experimentos ....
reivindicam síntese abiótica para o que de fato foi produzido e planejado por
homens muito inteligentes e bastante bióticos". Tal franqueza é agradável,
honesta e bastante atrasada.
Outro problema igualmente sério é o
dos enantiômeros ou estereoisômeros. Este problema, talvez mais do que qualquer
um dos outros, frustra os esforços de todos os pesquisadores pré-bióticos em
alcançar resultados essencialmente significativos. Todos os compostos de
carbono que possuem quatro grupos diferentes ligados criam um centro de
assimetria. Isso permite que exista uma molécula irmã formada pelos mesmos
grupos com uma configuração de imagem de espelho. Os dois compostos assim
formados apresentam propriedades químicas idênticas e geralmente só podem ser
separados de seu irmão gêmeo ótico usando filtros de sistemas biológicos.
Tais estereoisômeros são uma
dificuldade para os pesquisadores da origem da vida. Nos sistemas vivos, só um
dos estereoisômeros é utilizado. Nos aminoácidos, a forma utilizada é sempre a
forma l e nos açucares é a forma d. Porém, quando moléculas são sintetizadas no
laboratório ou sob condições que se acredita terem existido na terra primitiva,
ambos isômeros são formados em quantidades iguais. Como então se pode explicar
a predileção em se escolher um só dos isomêros (no caso dos aminoácidos, o isômero
l para todos os 20) quando as propriedades são idênticas para todos? Já se
investiram grandes esforços para tentar superar este problema, mas sem sucesso.
Esperava-se que talvez as argilas pudessem discriminar os estereoisômeros, mas
isso não aconteceu. Esta dificuldade não pode ser descartada. A menos que se
encontre uma explicação para a escolha dos estereoisômeros, a única solução
para o problema é a que eu creio estar correta em qualquer caso: existência de
um planejamento.
Outro desafio complicado para todos
os esquemas que explicam o surgimento de polímeros informativos, tanto
proteínas como ácidos nucléicos, é a presença de reagentes competidores. Gould
(1981) sugeriu que devem existir dez vezes mais aminoácidos não protéicos do
que os que estão envolvidos na formação de proteínas (20). Como se tem pouco ou
nenhum controle de que reações ocorrerão, a presença de espécies competidoras,
sejam elas aminoácidos não protéicos ou bases não codificadoras, levará à
ocorrência de danos no desenvolvimento sistemático de moléculas informativas.
Além disso, mesmo que se tenha sucesso durante algum tempo no uso de bases ou
aminoácidos corretos, as concentrações relativas das espécies competidoras
aumentarão, piorando o problema com o decorrer do tempo. Quaisquer cálculos da
probabilidade de originar alguma coisa que forem feitos serão muito
subestimados, devido à incapacidade de quantificar e incluir as contribuições
desses elementos.
O terceiro assunto eu chamo “o
problema da proximidade”. Se um certo número de moléculas é necessário para
produzir uma célula viva, não adiantaria nada se uma delas fosse produzida no
Oceano Índico e a outra no Oceano Atlântico. O sistema de moléculas que formará
a célula viva deve estar no mesmo local e ao mesmo tempo. Devido a este motivo,
os sistemas associados com partículas de argila foram muito favorecidos na
comunidade abiogênica. Mas, mesmo que as partículas de argila sejam
catalisadores úteis, falta demonstrar que todos os componentes necessários para
uma célula poderiam ser produzidos espontaneamente em um único local.
Naturalmente, até que demonstremos quais são os requerimentos mínimos que
constituem uma célula viva, aqueles que desejarem podem continuar chamando as
partículas de argila de vivas. Eu tenho padrões superiores, já que os primeiros
modelos de células vivas parecem ser tão complexos quanto às formas modernas.
O que é a vida? Esta é uma pergunta importante.
Se existe no mundo atual uma continuidade que parte do não vivo para o vivo,
então talvez não seria muito difícil visualizar coisas não vivas ultrapassando
a fronteira. O que constituiria uma célula viva? Que critérios devem ser
atingidos?
1. Ela deve ter integridade - deve ser uma entidade
contida em si mesma.
2. Ela deve ser limitada - deve deixar um recipiente que
é parte da entidade.
3. Ela deve ser capaz de se reproduzir, a parte contida e
o recipiente.
4. Ela
deve ser capaz de importar material e energia.
5. Ela deve ser capaz de produzir moléculas não derivadas
do seu ambiente.
Esta lista poderia ser estendida
infinitamente, mas por hora vamos ficar só com estas. Analisemos a terceira
propriedade, a da reprodução. Qual é o nível mínimo de informação necessário
para capacitar uma célula a se reproduzir? De onde veio esta informação?
Podem-se utilizar várias abordagens para esta pergunta. Provavelmente a
abordagem mais válida vem do estudo do organismo menos complexo de todos os
seres de vida livre. Tais estudos fornecem estimativas que vão de várias
centenas de milhares a vários milhões de bits de informação (i.e.
100.000-1.000.000 de nucleotídeos). Outros insistem em uma abordagem empírica
reducionista como sendo mais racional - o que uma célula precisa para se
reproduzir, como um mínimo absoluto. Várias estimativas dependem em grande
parte do estado de otimismo do autor envolvido, mas, a não ser em casos de
extrema ingenuidade, as estimativas giram em torno de 100 proteínas com funções
específicas de duplicação, transcrição ou tradução. Fabricar proteínas de forma
reproduzível requer informações complexas, e esta informação deveria estar
primeiramente disponível na forma de DNA ou RNA. Mas já que o conteúdo de
informação do DNA ou RNA se aproxima do das proteínas produzidas pelo DNA/RNA,
os problemas são semelhantes em ambos os casos.
Como é um caso mais claro,
consideraremos primeiramente os problemas associados com a criação de uma
proteína, e, particularmente, uma única proteína, o citocromo C. O citocromo C
será um exemplo útil, já que está amplamente distribuído na natureza, e é a
proteína mais bem seqüenciada. Devido ao fato de estar presente em praticamente
todos os organismos, ela teria que estar entre as primeiras proteínas
celulares. O citocromo C consiste em uma seqüência de mais ou menos 110
aminoácidos e já foram seqüenciados citocromos C de mais de 100 organismos.
Portanto, para esta proteína, podemos ter uma estimativa razoavelmente
sofisticada do que seria necessário para produzir uma molécula funcional. No
local de cada um dos 110 aminoácidos podemos determinar quais substituições são
permitidas ao longo do espectro total das proteínas seqüenciadas. Por exemplo,
na posição 93, o aminoácido presente pode ser Phe, Met, Ile ou Leu. Cada uma destas
variantes da proteína citocromo C é totalmente funcional, portanto, podemos
dizer que pode resultar uma proteína funcional do uso de qualquer destes quatro
aminoácidos na posição 93. Um cálculo semelhante para cada posição dos
aminoácidos pode nos fornecer uma probabilidade mínima, muito útil, de se obter
um citocromo C após permutações randômicas de aminoácidos. Cálculos cuidadosos
feitos por Hubert Yockey (1992) demonstram que uma molécula de citocromo C
funcional poderia ser obtida em somente 2x1075 tentativas, caso
todos os aminoácidos presentes estivessem em quantidades equimolares e não
houvesse moléculas competidoras nem estereoisômeros. Se for aceita a estimativa
otimista de Sagan de 1044 aminoácidos presentes em sua “sopa
primordial” e se pudéssemos simultaneamente adicionar um novo aminoácido a cada
uma das 1044 cadeias em formação, um por segundo, prosseguindo
somente até haver uma falha, seriam necessários somente 1023 anos
para se ter uma probabilidade de 95% de obter uma molécula funcional de
citocromo C neste sistema. Isto é dez trilhões de vezes mais do que a idade que
é geralmente aceita para o universo. O citocromo C é uma molécula bem liberal
comparando com, digamos, a proteína histona A3, que é tão invariável que
somente três aminoácidos são diferentes entre a histona A3 da ervilha e a do
homem. Para produzir uma única proteína histona correta neste mesmo sistema,
seriam necessários quase 1060 anos no nível de 95% de probabilidade
confiável, se fossem formadas apenas ligações alfa, se somente l-aminoácidos
estivessem presentes, se não houvesse aminoácidos não-protéicos competidores e
se tivéssemos um sistema onde tais tentativas pudessem ser realizadas. Em ambas
estórias estamos supondo que temos este sistema, mas já vimos que, na verdade,
não o possuímos. Em resumo, não é possível realizar a síntese de proteínas ou
ácidos nucléicos contendo informações.
Entramos então num impasse. Até este
ponto vasculhamos tudo cuidadosamente, à procura de qualquer solução possível
para o dilema da origem da vida. Mesmo se expandirmos os cálculos de
probabilidade com todas as substituições funcionais possíveis para a proteína
que mais conhecemos, podemos ver que é praticamente impossível, mesmo sob as
condições mais otimistas e irreais.
Como, então, podemos produzir uma
célula viva? Não conseguimos nem mesmo produzir uma única proteína funcional!
Ou paramos aqui, ou prosseguimos enterrando ainda mais os argumentos da origem
abiogênica. Nós iremos continuar!
O que é necessário? A célula é
definida como uma unidade viva autoduplicante, capaz de crescimento,
metabolismo e outras funções associadas à vida. Iremos enfocar o aspecto da
autoduplicação da célula para que se possa determinar a possibilidade de uma
célula ter surgido por acaso. Se pudermos visualizar os requisitos mínimos,
podemos então questionar se tal entidade seria capaz de se auto-originar. Os
requisitos são formidáveis - primeiro, precisamos ter a informação necessária
para a construção celular, já que, sem informação, a construção celular e a
própria vida são impossíveis. Todas as células vivas contêm informações
precisas sobre a sua composição e divisão, armazenadas sob a forma de DNA. Este
DNA é a representação molecular das informações codificadas para o processo e
estrutura da vida. Podemos argumentar, sem base, sobre de onde se originou esta
informação, mas a experiência humana e análises cibernéticas nos confirmam que
a informação provém de um informante, criando assim a necessidade de um doador
de informações. Um grande número de cientistas respeitados, incluindo o
astrônomo Hoyle, o paleontólogo Patterson, o cibemeticista Yockey e outros
chegaram a conclusões semelhantes por razões muito diferentes. Ainda assim
persiste a crença de que, se houvesse condições adequadas e a quantidade de
tempo necessária, qualquer coisa seria possível. Analisaremos então tal
proposição para testar a sua validade.
Vamos perguntar quais são os
requisitos mínimos para se obter uma célula viva. Todas as células precisam ter
uma membrana constituída, nos casos mais simples, de lipídeos do tipo
triglicerídeos ou fosfoglicerídeos associados a proteínas especializadas, que
estabilizam a membrana e asseguram a sua integridade estrutural. Pode-se
observar a formação espontânea de bi-camadas lipídicas em estruturas esféricas
semelhantes a células. Assim, poder-se-ia concluir que a presença de
fosfolipídios no mar pré-biótico asseguraria que o invólucro das células
estaria presente.
Mas o caso não é tão simples. É
extremamente difícil de se produzir ácidos graxos, o componente primário de
todas as membranas celulares, sob condições abiogênicas, mesmo em atmosferas
reduzidas. E, mesmo se tais moléculas fossem produzidas, cátions bivalentes
tais como Mg++ e Ca++ iriam se combinar com os ácidos
graxos fazendo com que se precipitassem para o fundo do mar e fossem
incorporados aos sedimentos pré-cambrianos. Assim, mesmo se tivessem sido
inicialmente formados, eles não estariam disponíveis para a formação de
membranas. Estas são moléculas complexas que certamente não seriam nada comuns
sob as condições primitivas da terra. Assim, é muito improvável a existência de
membranas celulares. Mas o problema vai mais além, já que as membranas
fosfolipídicas são impermeáveis à maioria das moléculas que a célula precisaria
para crescer. As membranas nas células modernas driblam este problema tendo
como componentes integrais proteínas muito sofisticadas, que admitem
seletivamente as moléculas desejadas. Claro que não é concebível que tais
proteínas estivessem à disposição da primeira protocélula. Assim, a existência
de uma membrana celular retardaria o desenvolvimento de uma protocélula, porém,
sem uma membrana não pode haver célula. Mais uma questão complexa. E agora?
Vamos tentar uma nova abordagem -
esqueça a célula, esqueça a membrana - o que seria necessário, no mínimo, só
para produzir uma molécula de proteína? Poderíamos imaginar proteínas menores
do que as atuais, digamos, com 100 aminoácidos de comprimento, utilizando menos
de 20 dos aminoácidos protéicos, um sistema primitivo de polimerase, talvez
apenas 100 proteínas específicas no total, ou mesmo só 80. Vamos supor que os
aminoácidos não protéicos pudessem ser utilizados, e também os enantiômeros.
Todas estas suposições são ridículas. Não temos os materiais para começar, nem
mesmo os materiais corretos. Não temos idéia alguma de como poderíamos produzir
um polímero de 100 aminoácidos sob condições pré-bióticas. Não há possibilidade
alguma de que estas condições extremamente desfavoráveis pudessem produzir um
sistema autoduplicante. Mas, já que estamos neste jogo, vamos piorá-lo ainda
mais. Das 80 proteínas que dissemos serem necessárias, vamos permitir que as
primeiras 60 tenham qualquer seqüência de aminoácidos. Das 20 proteínas
restantes, a primeira tem um aminoácido específico, e os 99 restantes podem ser
de qualquer tipo. A segunda tem 2 aminoácidos específicos e assim por diante,
até que a vigésima tenha 20 aminoácidos específicos. Permitiremos que o oceano
tenha 6 km de profundidade, cobrindo toda a terra, e que a concentração de
aminoácidos seja de 1 molar para cada tipo. Dividiremos o oceano em parcelas de
1 litro e vamos considerar a façanha realizada quando qualquer um dos litros
produzir todas as proteínas necessárias. Permitiremos que as proteínas sejam
produzidas a uma velocidade de um milhão de tentativas por litro por segundo.
Vamos admitir a mesma probabilidade para os ácidos nucléicos. Com todas estas
suposições feitas a favor para produzir nossa célula primitiva extremamente
liberal, nós só conseguiremos alcançar este objetivo, com 50% de probabilidade,
uma vez em 10186 anos.
Naturalmente, esta cifra é
incompreensível. Para lhe dar uma idéia de quão incompreensível, vou usar a
seguinte ilustração. Uma ameba está de um lado do universo e começa a caminhar para
o outro lado, distante 100 trilhões de anos luz. Ela viaja na velocidade de um
metro por bilhão de anos e carrega um átomo consigo. Quando ela atinge o outro
lado, descarrega o átomo e começa a caminhada de volta. Em 10186
anos, a ameba terá transportado toda a massa do universo de um lado para o
outro, trilhões trilhões trilhões trilhões trilhões trilhões trilhões de vezes.
Esta é a minha definição de impossível. E o que resultaria se o experimento
fosse bem sucedido não seria uma célula viva, nem mesmo uma combinação
promissora. A origem espontânea da vida em uma terra pré-biótica é IMPOSSÍVEL!
Quais são as alternativas? Várias
foram propostas:
1. Origem em outro planeta. No que isso ajuda? Já
investigamos as melhores condições possíveis e descobrimos que elas não são
produtivas. Jogar o problema para outro local é admitir a falha.
2. Predestinação bioquímica. Uma tentativa de atribuir as
propriedades dos sistemas vivos às moléculas das quais eles são formados. Um livro
popular de 1969 com este título sugeria tal cenário. Esta linha tem sido
abraçada por teóricos e sociobiologistas. Definitivamente, a viabilidade de um
modelo não deve depender do fato de ele ser um conceito atrativo, mas do fato
de ser ele verdadeiro. Não existe evidência de que precursores biológicos sejam
energizados para produzir células vivas. Um dos autores do livro, Dean Kenyon,
agora é um criacionista.
3. Criação por um poder inteligente que está fora de
nossa esfera de investigação. Esta possibilidade é melhor investigada ao se
considerar quais alternativas existem. Nós já fizemos isso. Se alguém estiver
procurando a verdade, não pode excluir arbitrariamente esta possibilidade.
À
luz destas alternativas, o conceito da criação se toma extremamente atrativo,
não só como uma alternativa, mas como a única alternativa razoável. Só alguém
que não quer admitir a possibilidade de uma Inteligência Superior excluiria
esta consideração. Esta conclusão ao menos faz sentido à luz das muitas
observações que consideramos, pois explica a fonte da informação, a razão da
sincronicidade dos estereoisômeros, o arranjo não casual do código genético e
as respostas dos insondáveis mistérios de quem veio primeiro, as proteínas ou o
código genético. Os cientistas devem dar boas-vindas a uma solução que traz
entendimento e ordem ao caos. Os cientistas devem ser os primeiros a dar
boas-vindas ao seu Criador!
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