Uma das maiores questões da ciência é como a primeira vida apareceu na Terra. Os pesquisadores geralmente concordam que o aparecimento dos primeiros biopolímeros e seus blocos de construção marca um passo importante na origem da vida (OoL). Contudo, os cientistas ainda não sabem exactamente como é que as colecções pré-históricas de produtos químicos inertes (gases) foram transformadas nos primeiros sistemas vivos.
O mistério continua difícil de resolver porque a sequência completa de eventos que levam à vida é impossível de observar diretamente e extremamente difícil de recriar. Ao longo do século passado, os cientistas propuseram inúmeras hipóteses, a maioria delas centradas na evolução química que ocorre na Terra ou no espaço. No entanto, cada interpretação tem limitações, muitas vezes dependendo de resultados experimentais específicos e/ou pressupostos teóricos.
Vários modelos bem conhecidos tentaram explicar o OoL químico (terrestre), incluindo o primeiro mundo do metabolismo (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 fornece uma explicação completa de como a vida surgiu a partir de matéria inanimada. Nenhuma teoria integrou com sucesso todos os aspectos do processo num cenário unificado e convincente.
Uma nova estrutura construída em torno da nanozima
Para enfrentar este desafio, Yongdong Jin, professor 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 híbridas de micromoléculas orgânicas, desempenharam um papel central no surgimento e evolução da vida. Segundo esta ideia, estes elementos foram particularmente importantes nas fases iniciais do desenvolvimento da vida, ajudando a formar as primeiras moléculas biologicamente relevantes a partir da matéria viva.
Sob as condições primitivas da Terra, as MN-zimas poderiam transformar lentamente produtos químicos inertes pré-históricos (gases) em moléculas cada vez mais complexas através de uma combinação de processos químicos (e físicos). Os autores propuseram que esta transformação ocorreu principalmente através de um processo descrito como “fotossíntese inorgânica”.
Múltiplos papéis na evolução química inicial
A hipótese das nanozimas atribui várias funções importantes às MN-zimas naturais. Estes incluem (a) catálise, (b) ligação/captura de superfície, (c) radiação anti-UV, (d) (foto)seleção e (e) gerenciamento de fluxo de energia.
Ao desempenhar essas funções, as MN-zimas podem influenciar reações químicas elementares 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 entidades) que poderiam ser lidas, escritas e duplicadas. Tais habilidades são consideradas pré-requisitos essenciais para o surgimento dos sistemas de vida.
A Terra como um gigantesco laboratório natural
A hipótese postula que a Terra é capaz de formar gradualmente um mundo orgânico a partir de um ambiente inicialmente totalmente inorgânico sob duras condições primitivas, uma ideia que é amplamente consistente com ideias anteriores de abiogênese.
Neste contexto, a Terra funcionou como um laboratório químico natural “tudo-em-um” que funcionou ao longo do tempo. Gradientes naturais de pressão e gradientes de temperatura (do manto à crosta) em todo o planeta, especialmente perto de vulcões ativos e fontes termais geotérmicas, podem fornecer condições ideais para reações de lava de alta temperatura/alta pressão e reações hidrotérmicas.
Esses ambientes podem formar as MN-zimas mais antigas com metais/metais nobres, óxidos metálicos e NPs de sulfetos. Notavelmente, métodos semelhantes são amplamente utilizados em laboratórios hoje para sintetizar nanozimas sintéticas.
Ao longo de milhares de milhões de anos, esta coleção primitiva de enzimas MN pode ter evoluído lentamente, renovado e tornado cada vez mais sofisticada. Alguns podem ter sido incorporados aos seres vivos. Segundo a hipótese, esse processo contribuiu para a evolução mineral e para mudanças ambientais graduais que melhoraram as condições de sobrevivência e desenvolvimento de moléculas prebióticas e da vida primitiva.
A Terra é rica em nanopartículas minerais
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 pelo ecossistema. Alguns possuem atividade natural semelhante a uma enzima e são, portanto, classificados como MN-zimas.
Esses materiais são encontrados nos oceanos, na água, na atmosfera e no solo, onde desempenham papéis importantes nos ciclos biogeoquímicos ambientais.
Descobertas recentes também indicam que a natureza pode produzir a enzima Mn mais facilmente do que se pensava anteriormente. Estudos demonstraram que os NMs podem se formar espontaneamente através do intemperismo de minerais naturais em microgotículas de água carregadas ou sob radiação UV. A luz solar e os raios podem fornecer ainda as condições fotocatalíticas e eletrocatalíticas necessárias para apoiar a produção em larga escala de nanozimas primitivas e, posteriormente, de nanozimas híbridas orgânicas, juntamente com um rico suprimento de moléculas prebióticas na superfície da Terra.
Sugerido “Ah, mundo”
Um aspecto particularmente digno de nota da hipótese são os NPs de ouro protegidos por monocamada (AuNPs).
Os autores argumentam que essas partículas podem estar entre as MN-zimas mais eficazes e ocupar um lugar central na história evolutiva das nanozimas durante o OoL na Terra. Ele se referiu a este conceito como “Au World”.
Embora as AuNPs sejam hoje geralmente consideradas nanozimas sintéticas, a hipótese sugere que elas eram geologicamente plausíveis sob uma variedade de condições naturais da Terra.
Os AuNPs livres podem ter dificuldades para permanecer estáveis na sopa original, pois geralmente requerem revestimento de superfície orgânico. No entanto, uma vez produzidas pequenas moléculas, como tióis e aminas (por outras MN-zimas) e acumuladas em locais específicos, os AuNPs (tióis/aminas) poderiam persistir em formas protegidas por monocamada. Assim, poderiam ter participado de uma rede mais ampla de reações que contribuíram para o surgimento da vida.
Quatro condições básicas para moléculas de vida
Para explicar melhor como as moléculas de vida podem ser selecionadas e estabilizadas naturalmente, os autores identificam 4 elementos e condições essenciais relacionados ao OoL na Terra:
- Ciclismo úmido-seco e anfifilismo
- Automontagem e auto-organização
- Catálise e atividade protoenzimática
- Emparelhando simbiose e estabilidade
Juntos, esses fatores são propostos como requisitos fundamentais para a sobrevivência e evolução de moléculas relacionadas ao início da vida.
olhando para frente
A revisão vai além das nanozimas e explora várias outras questões-chave relacionadas ao OoL na Terra. Estes incluem o paradoxo da água, a importância da estrutura micro-nano da superfície da Terra e as propriedades físico-químicas únicas da água e do ambiente de ciclo seco-úmido que pode afetar a química prebiótica.
Os autores também discutem a cooperação molecular e a coevolução nos estágios iniciais do surgimento da vida, bem como aspectos físicos adicionais da OoL, incluindo ideias sobre a origem quiral das biomoléculas.
Em última análise, a hipótese da nanozima pretende fornecer uma estrutura abrangente que possa ajudar a reconciliar divergências de longa data entre teorias concorrentes sobre a origem da vida. Os autores esperam que este estudo lance nova luz sobre um dos mistérios mais duradouros da ciência e estimule novas pesquisas sobre o possível papel das nanozimas no surgimento da vida na Terra.
