Terá o metabolismo antecedido o aparecimento da vida?

Principais vias metabólicas presentes numa célula.
Crédito: KEGG.

Reacções químicas fundamentais para a vida poderão ter emergido espontaneamente nos primeiros oceanos terrestres, sugere um novo estudo publicado na semana passada na revista Molecular Systems Biology. A descoberta foi realizada por investigadores da Universidade de Cambridge, no Reino Unido, e promete esclarecer alguns dos detalhes da sequência de eventos que conduziram ao aparecimento dos primeiros organismos vivos na Terra.

O trabalho teve por base uma experiência laboratorial onde foram reproduzidas as condições dos oceanos pré-bióticos do Arqueano. Os resultados revelaram a ocorrência espontânea de cadeias de reacções químicas semelhantes às usadas pelos organismos vivos na síntese de moléculas cruciais na manutenção do metabolismo celular.

Um dos metabolitos produzidos foi a ribose-5-fosfato, um substrato essencial nas vias metabólicas que conduzem à formação dos nucleótidos e dos ácidos nucleicos. Moléculas como esta poderão ter sido decisivas no aparecimento das primeiras moléculas de ácido ribonucleico (ARN) – máquinas moleculares que teriam a capacidade de codificarem informação, catalisarem reacções químicas e se auto-replicarem.

Até agora, os cientistas assumiam que as complexas redes de reacções químicas que compõem o metabolismo de uma célula eram apenas possíveis na presença de enzimas. As enzimas são estruturas moleculares sofisticadas que terão surgido ao longo da evolução da vida na Terra. A experiência realizada pelos investigadores britânicos sugere, no entanto, que estas reacções sequenciais poderão ter ocorrido naturalmente nos primeiros oceanos terrestres, antes do aparecimento dos primeiros organismos vivos.

“Os nossos resultados mostram que sequências de reacções que se assemelham a duas cascatas essenciais do metabolismo – as vias da glicólise e das pentoses-fosfato – poderão ter ocorrido espontaneamente nos antigos oceanos da Terra”, afirmou Markus Ralser, investigador do Departamento de Bioquímica da Universidade de Cambrigde, e co-autor deste estudo. “Na nossa versão laboratorial do antigo oceano Arqueano, estas reacções metabólicas são particularmente sensíveis à presença de ferro ferroso, um ião abundante nos primeiros oceanos que terá acelerado muitas das reacções químicas que observámos. Ficámos surpreendidos com a especificidade destas reacções.”

Análises realizadas a antigos sedimentos oceânicos sugerem que, há 4 mil milhões de anos, os oceanos eram ricos em ferro. Nessa altura, não existia oxigénio na atmosfera, pelo que o ferro encontrava-se na forma ferrosa (Fe⁺²) – uma forma muito mais solúvel, e com capacidade para agir como catalisador de reacções químicas.

“Temos a certeza que os primeiros oceanos não continham oxigénio, pelo que qualquer ferro presente seria solúvel” disse Alexandra Turchyn, co-autora do trabalho, e investigadora do Departamento de Ciências da Terra da Universidade de Cambrigde. “Por conseguinte é possível que a concentração de ferro fosse bastante elevada.”

Na experiência, a mistura dos diferentes compostos foi aquecida a temperaturas entre os 50 e os 90 ºC – temperaturas semelhantes às que podemos encontrar nas proximidades das fontes hidrotermais oceânicas. Estas temperaturas inibem a actividade das enzimas proteicas presentes na grande maioria dos organismos vivos. Os metabolitos formados foram depois separados e analisados por cromatografia líquida acoplada a espectrometria de massa.

“Foram observadas 29 reacções químicas semelhantes a vias metabólicas, na presença de ferro e de outros compostos encontrados nos sedimentos oceânicos”, afirmou Ralser. “Estão incluídas as vias que produzem alguns dos compostos químicos essenciais para o metabolismo – por exemplo, percursores dos blocos de construção das proteínas ou do ARN”, afirmou Ralser. “Estes resultados indicam que a arquitectura básica das actuais redes metabólicas poderá ter tido origem nos constrangimentos químicos e físicos presentes na Terra pré-biótica.”

Apesar de ser um passo importante na compreensão dos fenómenos que conduziram ao aparecimento da vida na Terra, este trabalho deixa, no entanto, por esclarecer como é que as primeiras enzimas assumiram o seu papel nas sequências de reacções químicas catalisadas por metais.

Podem encontrar todos os pormenores deste trabalho aqui.