O seguinte artigo de Michael Marshal foi publicado no National Geographic em dezembro do ano passado e é de grande interesse para aqueles curiosos sobre a origem da vida:
Quando o biólogo Tibor Gánti morreu, em 15 de abril de 2009, aos 75 anos de idade, ele era pouco conhecido. Ele passou a maior parte de sua carreira por trás da Cortina de Ferro que dividiu a Europa por décadas, dificultando o intercâmbio de ideias.
Mas, se as teorias de Gánti fossem mais amplamente conhecidas na era comunista, atualmente ele poderia ser aclamado como um dos biólogos mais inovadores do século XX. Isso se deve ao fato de que ele desenvolveu um modelo do mais simples organismo vivo possível, que chamou de chemoton, sugerindo uma explicação interessante sobre o início da vida na Terra.
A origem da vida é um dos mistérios mais intrigantes da ciência, em parte por abranger diversos mistérios em apenas um maior. Como a Terra era quando se formou? Quais gases formaram o ar? Das centenas de substâncias químicas que as células vivas utilizam para viver, quais delas são essenciais — e quando elas surgiram?
Talvez a pergunta mais difícil seja também a mais simples de todas: qual foi o primeiro organismo vivo?
Para os cientistas que tentam recriar o surgimento da vida, o chemoton é uma opção atraente para experimentos. Se substâncias químicas não vivas podem se unir para formar um chemoton, isso revela um caminho segundo o qual a vida poderia ter se formado do zero. Mesmo agora, alguns grupos de pesquisa aproximam-se de forma impressionante desse modelo.
E para astrobiólogos interessados na vida além do nosso planeta, o chemoton fornece uma definição universal do que ela significa, não relacionada a substâncias químicas específicas, como o DNA, mas em vez disso, a um modelo estrutural geral.
“Eu acho que Gánti se aprofundou nos fundamentos da vida mais do que qualquer pessoa que conheço”, alega o biólogo Eörs Szathmáry do Centro de Pesquisa Ecológica em Tihany, na Hungria.
O início da vida
Não há uma definição científica convencionada sobre a vida, mas não por falta de tentativas: um relatório de 2012 identificou 123 definições publicadas sobre o assunto. Elaborar uma definição que englobe todos os organismos vivos, mas que exclua tudo que não tem vida e possui características vivas, como fogo e carros, é um desafio. Muitas definições especificam que matérias vivas podem se reproduzir. Mas sozinhos, um coelho, um humano ou uma baleia não podem se reproduzir.
Em 1994, um comitê da Nasa descreveu a vida como “um sistema químico autossustentável capaz de realizar evolução darwiniana”. A palavra “sistema” pode significar um organismo individual, uma população ou um ecossistema, solucionando a questão da reprodução, mas com um custo: imprecisão.
O que poucas pessoas sabiam na época era que Gánti havia apresentado outra teoria duas décadas antes.
Tibor Gánti nasceu em 1933, na pequena cidade de Vác, na Hungria Central. Sua infância foi palco de conflitos. A Hungria se aliou à Alemanha Nazista na Segunda Guerra Mundial, mas no ano de 1945 seu exército foi derrotado pela União Soviética. O regime totalitário dominaria a Eurásia por décadas, e a Hungria se tornaria um estado satélite, como a maioria dos outros países do Leste Europeu.
Fascinado pela natureza dos organismos vivos, Gánti estudou engenharia química antes de se tornar bioquímico industrial. Em 1966, ele publicou um livro sobre biologia molecular denominado Forradalom az Élet Kutatásában, ou Revolution in Life Research (Revolução na Pesquisa sobre a Vida, em tradução livre), um livro universitário que foi predominante por anos — em parte porque existiam poucos livros disponíveis na época. O livro questionava a compreensão da ciência acerca de como a vida se desenvolveu, e conclui que esse entendimento não havia ocorrido.
Em 1971, Gánti abordou o problema em um novo livro, Az Élet Princípiuma, ou The Principles of Life (Os Princípios da Vida, em tradução livre). Publicado apenas na Hungria, o livro continha a primeira versão de seu modelo de chemoton, que descreveu o que ele considerou como unidade fundamental da vida. No entanto, esse modelo inicial dos organismos estava incompleto, e Gánti levaria mais três anos para publicar o que hoje se considera a versão definitiva do modelo — novamente apenas na Hungria, que não está disponível on-line.
O ano milagroso
Mundialmente, 1971 foi um ano excelente para as pesquisas sobre a origem da vida. Além do trabalho desvalorizado de Gánti, a ciência apresentou mais dois modelos teóricos importantes.
O primeiro modelo foi o do biólogo e teórico americano Stuart Kauffman, que argumentou que organismos vivos devem ser capazes de se autorreplicar. Em sua especulação sobre como isso pode ter acontecido antes da formação das células, ele focou na mistura de substâncias químicas.
Suponhamos, ele argumentou, que a substância química A gere a formação da substância química B, que por sua vez leva à formação da substância química C, e assim por diante, até que algum fator da cadeia crie uma versão da substância química A. Após um ciclo completo, haverá duas réplicas de cada conjunto de substâncias químicas. Com matérias-primas suficientes, um ciclo subsequente fará mais quatro cópias e aumentará exponencialmente.
Kauffman denominou esse grupo de “sistema autocatalítico”, e argumentou que esses grupos de substâncias químicas foram a base para o primeiro organismo vivo, cujos sistemas se tornaram cada vez mais complexos, até produzirem e utilizarem uma variedade de moléculas complexas, como o DNA.
No segundo modelo, o químico alemão Manfred Eigen descreveu o que ele chamou de “hiperciclo”, em que diversos sistemas autocatalíticos se combinam para formar um único sistema maior. A variante de Eigen introduz uma distinção crucial: em um hiperciclo, algumas das substâncias químicas são genes e, portanto, são formadas de DNA ou algum outro ácido nucleico, enquanto outras são proteínas formadas conforme for necessário, com base nas informações dos genes. Esse sistema poderia evoluir com base nas mudanças — mutações — genéticas, função não abordada pelo modelo de Kauffman.
Sozinho, Gánti chegou a uma ideia semelhante, mas foi ainda mais longe. Ele argumentou que dois processos principais devem ocorrer em todo e qualquer organismo vivo. Primeiro, o organismo vivo deve se formar e manter esse mesmo organismo funcionando, o que significa que precisa de metabolismo. Segundo, necessita de um sistema que armazene certas informações, como um gene ou genes, que pode(m) ser replicado(s) e transmitido(s) aos seus descendentes.
Basicamente, a primeira versão de Gánti desse modelo constituiu-se de dois sistemas autocatalíticos com funções distintas combinadas para formar um sistema autocatalítico maior — apenas um pouco diferente do hiperciclo de Eigen. No entanto, no ano seguinte, Gánti foi contestado por um jornalista, que ressaltou uma falha significativa. Gánti assumiu que os dois sistemas foram baseados em substâncias químicas que flutuavam na água, mas que sozinhas teriam se separado, levando à “morte” do chemoton.
A única solução era adicionar um terceiro sistema: uma barreira externa para conter as substâncias químicas. Em células vivas, essa barreira é uma membrana formada por substâncias químicas semelhantes à gordura, chamadas lipídios. O chemoton precisava dessa barreira para permanecer unido, e Gánti concluiu que, além disso, era necessário que fosse autocatalítico para conseguir se manter vivo e crescer.
Nessa fase, o chemoton estava finalmente completo, o conceito de Gánti do mais simples organismo vivo possível: genes, metabolismo e membrana, todos conectados. O metabolismo produz os componentes básicos para os genes e a membrana, e os genes exercem uma influência sobre a membrana. Juntos, eles formam uma unidade autorreplicante: uma célula tão simples que não só poderia surgir com relativa facilidade na Terra, mas que também poderia ser responsável por bioquímicas alternativas em planetas alienígenas.
Um modelo esquecido
“O modelo de Gánti representou muito bem a vida”, relata o biólogo sintético Nediljko Budisa, da Universidade de Manitoba em Winnipeg, no Canadá. “Foi uma revelação ler sobre o modelo.” No entanto, Budisa descobriu o trabalho de Gánti apenas em 2005. Fora do Leste Europeu, o trabalho de Gánti permaneceu desconhecido por décadas, com apenas algumas traduções para o inglês disponíveis no mercado.
O chemoton foi mencionado em uma brochura pouco divulgada em 1987, cuja tradução é considerada um tanto crua, segundo James Griesemer, da Universidade da Califórnia, em Davis. Mais tarde, Szathmáry posicionou o chemoton em um lugar de destaque em seu livro publicado em 1995, The Major Transitions in Evolution (As Principais Mudanças na Evolução, em tradução livre), com coautoria de John Maynard Smith. Esse fato ocasionou uma nova tradução para o inglês do livro de Gánti publicado em 1971, com material adicional e publicada em 2003. Mas ainda assim, o chemoton permaneceu restrito a um nicho, e, seis anos depois, Gánti faleceu.
De certo modo, Gánti não fez muito para que seu modelo fosse aprovado: ele era conhecido por ser um colega de personalidade difícil. Szathmáry diz que Gánti era obcecado por seu modelo e também paranoico, o que tornava “impossível trabalhar com ele”.
Mas o principal problema para a não aprovação do modelo de chemoton pode ter sido que, nas últimas décadas do século 20, a tendência das pesquisas era ignorar a complexidade da vida em favor de abordagens cada vez mais minimalistas.
Por exemplo, uma das hipóteses mais proeminentes ainda amplamente aceita atualmente é que a vida começou apenas com o RNA, um primo próximo do DNA.
Como seu parente molecular mais famoso, o RNA pode transportar genes. De forma vital, o RNA também pode atuar como uma enzima e acelerar as reações químicas, levando muitos especialistas a argumentar que o primeiro organismo vivo não precisava de nada além do RNA para se desenvolver. No entanto, essa hipótese do mundo do RNA foi rejeitada, principalmente porque a ciência não encontrou um tipo de RNA que consiga se autorreplicar — considerando vírus alimentados por RNA, como o coronavírus, que precisa de células humanas para se reproduzir.
Outros pesquisadores argumentaram que a vida começou apenas com proteínas ou lipídios. Essas ideias estão distantes da abordagem integrada de Gánti.
Um chemoton real?
No entanto, os cientistas deste século mudaram o rumo das pesquisas. Os pesquisadores agora tendem a enfatizar as maneiras pelas quais as substâncias químicas de organismos vivos trabalham em conjunto, e como essas redes de cooperação possam ter surgido.
Desde 2003, Jack Szostak, da Escola de Medicina Harvard, e seus colegas construíram protocélulas cada vez mais realistas: versões simples de células que contêm uma variedade de substâncias químicas. Essas protocélulas podem crescer e se dividir, o que significa que conseguem se autorreplicar.
Em 2013, Szostak e sua então aluna Kate Adamala condicionaram o RNA a se replicar dentro de uma protocélula. Além do mais, os genes e a membrana podem ser acoplados: conforme o RNA se desenvolve dentro da protocélula, ele exerce pressão sobre a membrana externa, estimulando a protocélula a crescer.
A pesquisa de Szostak “é muito semelhante à de Gánti”, diz a bióloga sintética Petra Schwille, do Instituto Max Planck de Bioquímica, em Martinsried, na Alemanha. Ela também destaca o trabalho de Taro Toyota, da Universidade de Tóquio, no Japão, que desenvolveu lipídios dentro de uma protocélula para que a protocélula desenvolvesse sua própria membrana.
Um argumento oposto ao conceito de um chemoton como sendo o primeiro organismo vivo é que ele requer muitos componentes químicos, incluindo ácidos nucléicos, proteínas e lipídios. Muitos especialistas acharam improvável que todas essas substâncias químicas surgissem dos mesmos materiais de partida e no mesmo lugar, dessa forma, surgiram ideias minimalistas como o mundo do RNA.
Mas recentemente, bioquímicos encontraram evidências de que todas as principais substâncias químicas da vida podem se formar a partir dos mesmos materiais simples. Em um estudo publicado em setembro, pesquisadores liderados por Sara Szymkuć, então na Academia de Ciências da Polônia, em Varsóvia, compilaram um banco de dados utilizando décadas de experimentos que procuraram desenvolver os componentes químicos básicos da vida. Começando com apenas seis substâncias químicas simples, como água e metano, Szymkuć descobriu que era possível criar milhares de ingredientes-chave, incluindo os componentes básicos de proteínas e RNA.
Nenhum desses experimentos desenvolveu um chemoton funcional até agora. Talvez porque seja complicado ou porque a formulação exata de Gánti não seja exatamente igual à forma pela qual o primeiro organismo vivo surgiu. Ainda assim, o chemoton nos fornece uma forma de pensar sobre como os componentes da vida funcionam juntos, o que cada vez mais direciona as abordagens atuais para compreender como a vida começou.
É significativo, acrescenta Szathmáry, que as citações da obra de Gánti agora estejam se espalhando rapidamente. Mesmo que os detalhes precisos sejam diferentes, as abordagens atuais da origem da vida estão muito mais próximas do que a que ele tinha em mente — uma abordagem integrada que não se concentra em apenas um dos sistemas-chave da vida.
“A vida não é fundamentada apenas em proteínas, RNA ou bicamadas lipídicas”, conclui Griesemer. “O que é a vida? É tudo isso interconectado na estrutura certa.”
(Fonte)
Colaboração: Roberto C. C.
Vida: junto com a origem da consciência formam o maior mistério ainda a ser desvendado de forma incontestável por nós. Paradoxalmente, talvez só descobriremos a resposta deste mistério após a nossa morte … ou não.
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