Bilhões de anos de evolução tornaram as células modernas incrivelmente complexas. Dentro delas, existem compartimentos chamados organelas, responsáveis por funções específicas essenciais à sobrevivência e operação celular. Por exemplo, o núcleo armazena o material genético, enquanto as mitocôndrias produzem energia.
Outro componente crucial de uma célula é a membrana que a envolve. Proteínas na superfície da membrana controlam a movimentação de substâncias para dentro e fora da célula. Essa estrutura sofisticada de membrana permitiu a complexidade da vida como a conhecemos. No entanto, como as primeiras células simples se mantinham unidas antes que essas membranas elaboradas evoluíssem?
Em uma pesquisa, cientistas da Universidade de Chicago, da Universidade de Houston exploraram a fascinante possibilidade de que a água da chuva desempenhou um papel essencial na estabilização das primeiras células, abrindo caminho para a complexidade da vida.
A origem da vida
Uma das perguntas mais intrigantes da ciência é como a vida começou na Terra. Cientistas há muito se perguntam como a matéria inanimada (como água, gases e depósitos minerais) se transformou em células vivas capazes de se replicar, metabolizar e evoluir.
Em 1953, os químicos Stanley Miller e Harold Urey, da Universidade de Chicago, conduziram um experimento que demonstrou que compostos orgânicos complexos — ou seja, moléculas baseadas em carbono — podiam ser sintetizados a partir de compostos orgânicos e inorgânicos mais simples. Usando água, metano, amônia, hidrogênio e faíscas elétricas, esses químicos formaram aminoácidos.
Os cientistas acreditam que as formas mais primitivas de vida, chamadas protocélulas, surgiram espontaneamente a partir de moléculas orgânicas presentes na Terra primitiva. Essas estruturas primitivas, semelhantes a células, provavelmente eram compostas por dois componentes fundamentais: um material de matriz, que fornecia uma estrutura, e um material genético, que carregava as instruções para o funcionamento das protocélulas.
Com o tempo, essas protocélulas teriam evoluído a capacidade de se replicar e realizar processos metabólicos. Certas condições eram necessárias para que as reações químicas essenciais ocorressem, como uma fonte de energia estável, compostos orgânicos e água. Os compartimentos formados por uma matriz e uma membrana forneciam um ambiente estável que concentrava reagentes e os protegia do meio externo, permitindo que as reações químicas necessárias ocorressem.
Isso levanta duas perguntas cruciais: de que materiais eram feitas a matriz e a membrana das protocélulas? E como esses componentes permitiram que as primeiras células mantivessem a estabilidade e a funcionalidade necessárias para evoluírem nas células sofisticadas que constituem todos os organismos vivos hoje?
Bolhas vs. gotículas
Os cientistas propõem dois modelos distintos de protocélulas — vesículas e coacervatos — que podem ter desempenhado um papel crucial nos estágios iniciais da vida.
As vesículas são pequenas bolhas, semelhantes a sabão na água, formadas por moléculas lipídicas que se organizam em folhas finas e se enrolam em esferas que encapsulam produtos químicos, protegendo reações importantes do ambiente externo.
Coacervatos, por outro lado, são gotículas formadas pela acumulação de moléculas orgânicas, como peptídeos e ácidos nucleicos. Essas gotículas se formam quando moléculas orgânicas se atraem por forças eletrostáticas, criando ambientes favoráveis para as reações químicas necessárias à vida.
Embora as vesículas se assemelhem às células modernas, a ausência de proteínas especializadas limitava suas interações com o ambiente. Já os coacervatos, apesar de proporcionarem maior troca de materiais, enfrentavam o problema da instabilidade e do vazamento de material genético.
Protocélulas instáveis e vazantes
Alguns anos após a descoberta dos coacervatos em 1929, o bioquímico russo Alexander Oparin sugeriu que esses eram o modelo mais provável de protocélulas. Ele argumentou que as gotículas coacervadas forneciam a compartimentalização primitiva necessária para os processos metabólicos iniciais e a autorreplicação.
Entretanto, a ausência de membranas nas gotículas levava à rápida fusão e à troca descontrolada de materiais genéticos, como o RNA, o que dificultava a evolução de sequências genéticas estáveis e distintas.
Água da chuva e RNA
Em 2022, descobrimos que as gotículas coacervadas podem ser estabilizadas se imersas em água desionizada — água sem íons dissolvidos. Essa água permitia que as gotículas formassem uma camada de “pele” que impedia a fusão.
Inspirado por esses resultados, o nanotecnólogo Alamgir Karim sugeriu que a água da chuva, que é naturalmente livre de íons, poderia ter desempenhado esse papel no mundo pré-biótico. Descobrimos que a água da chuva realmente estabilizava as protocélulas, evitando sua fusão.
Trabalhando em várias disciplinas
Estudar a origem da vida aborda tanto a curiosidade científica quanto questões filosóficas sobre nosso lugar no universo. Atualmente, a pesquisa investiga como a replicação gênica começou nas protocélulas, explorando como os nucleotídeos se uniram para formar longas cadeias de RNA, o que é crucial para entender a evolução pré-biótica.
Entender as condições geológicas e químicas da Terra primitiva requer a colaboração de cientistas de várias áreas, o que torna essa questão ainda mais fascinante e interdisciplinar.
