Cientistas de Cambridge revelam uma nova teoria sobre as origens dos blocos de construção da vida

Pesquisadores da Universidade de Cambridge sugerem que moléculas essenciais para a evolução da vida podem ter surgido de um processo chamado grafitização. Se isto for confirmado através de experiências de laboratório, poderá permitir-nos simular as condições que provavelmente deram origem à vida.

Como chegaram lá os produtos químicos necessários à vida?

A forma como as condições aparentemente fortuitas de vida surgiram na natureza tem sido debatida há muito tempo, com muitas hipóteses chegando a becos sem saída. No entanto, investigadores da Universidade de Cambridge modelaram agora como estas condições ocorrem, produzindo em grandes quantidades os componentes necessários à vida.

A vida é governada por moléculas chamadas proteínas, fosfolipídios e nucleotídeos. Pesquisas anteriores sugerem que moléculas benéficas contendo nitrogênio, como a nitrila – Cianoacetileno(HC3N) e Cianeto de hidrogenio(HCN) – e isonitrila – Isocianato(HNC) e Isocianato de metila(CH3NC) – Pode ser usado para fazer esses elementos essenciais da vida. Até agora, não existe uma maneira óbvia de produzir todas essas coisas no mesmo ambiente em grandes quantidades.

Num estudo recente publicado em vidaO grupo descobriu agora que, através de um processo conhecido como grafite, grandes quantidades destas moléculas benéficas podem, teoricamente, ser sintetizadas. Se o modelo puder ser verificado experimentalmente, isso sugeriria que o processo foi um possível passo inicial da Terra na sua jornada em direção à vida.

Por que esse processo é mais provável de ocorrer do que outros?

O maior problema com os modelos anteriores é que uma série de outros produtos são criados juntamente com o nitrilo. Isso cria um sistema caótico que dificulta a formação da vida.

“Uma grande parte da vida é a simplicidade”, disse o Dr. Paul Rimmer, professor assistente de astrofísica experimental no Laboratório Cavendish e coautor do estudo. “É o sistema.” Descobrimos uma maneira de eliminar parte da complexidade controlando o que pode acontecer na química.

Não esperamos que a vida seja produzida num ambiente caótico. Então, o que é surpreendente é como o próprio grafite limpa o meio ambiente, já que o processo produz exclusivamente essas nitrilas e isonitrilas, com produtos secundários em sua maioria inertes.

Uma representação esquemática do cenário que propomos aqui para a produção de matérias-primas prebióticas limpas e de alto rendimento. Os eventos movem-se no sentido horário a partir do canto superior esquerdo: Primeiro, a Terra tem uma atmosfera neutra. Isto é reduzido após um impacto gigante de 4,3 G, oxidando o núcleo metálico do colisor para produzir uma enorme quantidade de hidrogênio.₂ Atmosfera com grandes quantidades de metano e amônia. Esta atmosfera esfria rapidamente (em menos de um ano) e a fotoquímica produz uma névoa rica em tolina que deposita materiais orgânicos complexos e ricos em nitrogênio. Esses materiais orgânicos tornam-se gradualmente enterrados e atraídos pela interação com o magma. Os céus ficam claros como H₂ Ele se perde no espaço e torna-se neutro novamente. Finalmente, os gases fundidos reagem com o grafite e são friccionados para produzir grandes quantidades de HCN e HC limpos.₃N, isonitrila. Crédito: Oliver Shortle

“No início, pensamos que isso iria estragar tudo, mas na verdade torna tudo muito melhor. Limpa a química”, disse Rimmer.

Isto significa que o grafite pode proporcionar a simplicidade que os cientistas procuram e o ambiente limpo necessário à vida.

Como funciona esse processo?

A Era Hadiana foi o período mais antigo da história da Terra, quando a Terra era muito diferente da nossa Terra moderna. Não é de surpreender que tenham ocorrido colisões com detritos, às vezes do tamanho de planetas. O estudo postula que quando a Terra primitiva colidiu com um objeto aproximadamente do tamanho da Lua, há cerca de 4,3 mil milhões de anos, o ferro nela contido interagiu com a água na Terra.

O co-autor, Oliver Shortle, professor de Filosofia Natural no Instituto de Astronomia e Departamento de Ciências da Terra de Cambridge, disse: “Algo do tamanho da Lua atingiu a Terra cedo e teria depositado uma grande quantidade de ferro e outros metais. '

Os produtos da reação do ferro e da água condensam-se para formar alcatrão na superfície da terra. O alcatrão reage então com o magma a uma temperatura superior a 1500°C e o carbono do alcatrão transforma-se em grafite – uma forma muito estável de carbono – que é o que usamos nos lápis modernos!

Assim que o ferro reage com a água, forma-se uma névoa que se condensa e se mistura com a crosta terrestre. “Quando aquecido, o que resta são os compostos benéficos que contêm nitrogênio”, disse Shortell.

Que evidências existem para apoiar esta ideia?

As evidências que apoiam esta teoria vêm em parte da presença de rochas komatiíticas. Komatita é um tipo de rocha ígnea que se forma quando o magma muito quente esfria (>1500°C).

Komatita foi originalmente encontrada na África do Sul. “As rochas datam de cerca de 3,5 mil milhões de anos atrás”, disse Shortell. “Mais importante ainda, sabemos que estas rochas só se formam em temperaturas extremas, em torno de 1.700 graus Celsius!” Isto significa que o magma já estava quente o suficiente para aquecer o alcatrão e formar o nitrilo útil.

Com a ligação confirmada, os autores sugerem que compostos contendo nitrogênio serão sintetizados por meio deste método. Como vemos a komatita, sabemos que a temperatura do magma na Terra primitiva era às vezes superior a 1.500 graus Celsius.

E então?

Agora os experimentos devem tentar recriar essas condições em laboratório e estudar se a água, inevitavelmente presente no sistema, consome os compostos de nitrogênio, decompondo-os.

“Embora não tenhamos certeza de que essas moléculas deram origem à vida na Terra, sabemos que os blocos de construção da vida devem ter sido feitos de moléculas que sobreviveram na água”, disse Reimer. “Se experimentos futuros mostrarem que a nitrila se decompõe, teremos que procurar um método diferente.”

Referência: “Fonte hidrotérmica de superfície de nitrila e isonitrila” por Paul P. Rimmer e Oliver Shortle, 10 de abril de 2024, vida.
doi: 10.3390/life14040498

O estudo foi financiado por Cambridge Research Grant for Planetary Science and Life in the Universe.