A busca radical para descobrir como surgiram as primeiras moléculas da vida
No início do século 20, um jovem bioquímico chamado Alexander Oparin decidiu conectar “o mundo dos vivos” ao “mundo dos mortos”.
- No início do século 20, um jovem bioquímico russo teve uma ideia radical: a evolução química poderia explicar a origem da vida.
- O bioquímico, chamado Alexander Oparin, lançou o primeiro esforço científico para determinar como os átomos e partículas, que agora sabemos que foram criados no Big Bang, criaram as moléculas da vida.
- Em seu livro O que deu em você: a história dos átomos do seu corpo, desde o Big Bang até o jantar da noite passada , Dan Levitt explora a fascinante história dessa busca, bem como a ciência por trás das origens da vida como a conhecemos.
Extraído de O QUE É ENTREGUE EM VOCÊ por Dan Levitt. Copyright © 2023 por Dan Levitt. Extraído com permissão of Harper, um selo da HarperCollins Publishers. Todos os direitos reservados.
Em 1918, os cidadãos de Moscou, a nova capital da Rússia comunista, lutavam para manter uma aparência de vida normal. Não foi fácil. Uma guerra civil brutal entre os exércitos russo branco e vermelho estava em andamento. O Ocidente impôs uma guerra comercial. A capital fervilhava de ideias revolucionárias, novas formas de pensar sobre igualdade, justiça e história. Aqueles com recursos que não fugiram foram rebaixados a cidadãos comuns e forçados a compartilhar suas riquezas e lares com os menos privilegiados. Apesar de todo o fervor revolucionário, Alexander Oparin, um jovem bioquímico imerso em ideias científicas radicais, recebeu notícias decepcionantes. O conselho de censura não permitiu que ele publicasse um manuscrito que especulasse sobre como a vida surgiu de meros produtos químicos. Embora os bolcheviques tivessem derrubado o czar há um ano, sua ideologia revolucionária ainda não havia se infiltrado nos censores, talvez porque ainda não estivessem prontos para antagonizar diretamente a Igreja Ortodoxa Russa.
No entanto, as ideias radicais de Oparin não seriam reprimidas por muito tempo. Eles provocariam um busca para encontrar a origem de nossos ancestrais químicos antigos — as moléculas orgânicas que são os blocos de construção da vida. Seria o primeiro passo, ele esperava, de um esforço para amarrar “o mundo dos vivos” ao “mundo dos mortos”.
Ele lançaria o primeiro esforço científico para determinar como os átomos e partículas, que agora sabemos que foram criados no Big Bang, criaram as moléculas da vida.
Oparin cresceu em Uglich, uma cidade do interior com casas de toras tradicionais, estradas de terra e carruagens puxadas por cavalos. Um colecionador de plantas em desenvolvimento, ele se deliciava com a fantástica variedade de árvores, gramíneas, flores e insetos que encontrava nas florestas de abetos, bétulas e pinheiros. Em 1914 matriculou-se na Universidade de Moscou para estudar botânica e, em 1917, ano em que os bolcheviques tomaram o poder, fez pós-graduação em fisiologia vegetal. Ele adotou um cavanhaque e bigode parecidos com os de Lênin e começou a trabalhar com o distinto cientista e revolucionário Alexei Bakh, cujo panfleto contundente e amplamente lido, czar fome , havia popularizado o socialismo revolucionário. Sob Bakh, Oparin estudou a fotossíntese em algas.
Quanto mais aprendia, mais se convencia de outra ideia revolucionária: a de que a evolução química poderia explicar a origem da vida. Mesmo meio século depois de Darwin ter publicado A origem das espécies , poucos outros concordaram. Na Inglaterra, muitos cientistas proeminentes há muito eram homens do clero que consideravam sua missão revelar a majestade da criação de Deus. Era uma heresia sugerir que a vida poderia surgir de substâncias químicas inanimadas. Mas na nova Rússia, a especulação de Oparin ao longo dessas novas linhas foi positivamente encorajada (embora ainda não pelo conselho de censura).
Ainda assim, ao tentar retraçar nossas origens químicas, Oparin enfrentou um problema flagrante: as moléculas em seu corpo e toda a vida são totalmente diferentes das moléculas inorgânicas encontradas nas rochas ao nosso redor. Se você analisasse sua composição, descobriria que cerca de 60% de você é água. Outro 1 por cento são moléculas carregadas de íons feitas de elementos como sódio, potássio e magnésio. Tudo o mais dentro de você, desde suas unhas e esqueleto até seus músculos e cérebro, é formado a partir de moléculas orgânicas - moléculas construídas em torno de cadeias ou anéis de carbono.
Se o carbono tem um tipo de personalidade, é um conector extrovertido. Na verdade, se algum dia descobrirmos vida em outro lugar do universo, muitos cientistas acreditam que ela também será construída em torno do carbono. A versatilidade do carbono decorre do fato de ele ter quatro elétrons em sua camada externa. Isso e seu tamanho pequeno significam que, por meio de truques de geometria, ele pode se unir facilmente em quatro direções, criando anéis e correntes longos e estáveis. Estes são os pilares do seu eu orgânico. Seus açúcares, ácidos graxos, aminoácidos e ácidos nucleicos são todos construídos em torno do carbono. Quando eles se unem, eles produzem carboidratos, gorduras, proteínas e DNA – seus maiores blocos de construção orgânicos. Seu coração, por exemplo, um músculo grande, tem cerca de 70% de proteína (sem contar a água) — em outras palavras, 70% de aminoácidos.
Até onde os cientistas sabiam, porém, essas moléculas orgânicas só podiam ser produzidas por seres vivos. Você não os encontrará nas rochas da Terra, não importa quanto tempo você procure - exceto em rochas sedimentares, como o carvão, que foram criadas a partir de matéria orgânica. Isso representou um obstáculo para explicar a origem da vida, para dizer o mínimo. Você não poderia entender muito bem sua aparência se não soubesse de onde vieram seus blocos de construção. Os cientistas ficaram perplexos. O abismo entre as moléculas inorgânicas nas rochas mortas e as moléculas orgânicas complexas da vida era tão problemático para os cientistas quanto explicar como as moléculas em nossos cérebros criam a consciência é hoje. Muitos acreditavam que moléculas orgânicas só poderiam ser criadas por uma “centelha vital” — uma força inexplicável encontrada apenas em organismos vivos.
Quando eu era estudante, sempre achei o vitalismo ridículo. Como qualquer cientista poderia acreditar nisso? Mas é mais fácil entender se você se colocar no lugar dos cientistas. Já em Aristóteles, muitos grandes pensadores acreditavam em uma forma de vitalismo. Se você não tivesse uma teoria de como moléculas simples se tornaram orgânicas, nenhum poderoso microscópio eletrônico para visualizar as células ou as estruturas dentro delas e nenhuma ideia de como a hereditariedade era transmitida, então o salto de substâncias químicas mortas para criaturas vivas poderia parecer mágico. Considere o seguinte: se você quebrar uma pedra ao meio, nada mais acontecerá com nenhuma das partes. Se você cortar uma planária ao meio, ambas as seções se regenerarão em partes idênticas. Como você explica isso? “Na natureza viva, os elementos parecem obedecer a leis diferentes das que obedecem aos mortos”, escreveu o químico sueco do século XVIII Jöns Berzelius. A matéria inanimada parecia carecer de energia vital. O brilhante físico do século XIX Lord Kelvin (também conhecido por opinar que máquinas voadoras mais pesadas que o ar nunca seriam possíveis) escreveu: “A matéria morta não pode se tornar viva sem ficar sob a influência da matéria previamente viva. Isso me parece um ensinamento tão certo da ciência quanto a lei da gravitação.” No século XX, Niels Bohr, um dos fundadores da física quântica, especulou que talvez precisemos descobrir novos tipos de fenômenos físicos para entender a vida. Até o próprio Darwin, que mostrara como surgiram novas espécies, não conseguia explicar como a primeira vida surgiu de um reservatório de substâncias químicas. “É mero lixo pensar no presente sobre a origem da vida”, escreveu ele ao botânico Joseph Hooker. “Pode-se também pensar na origem da matéria.”
Muitos cientistas do século XIX ficaram tão frustrados que começaram a jogar. A solução de Lord Kelvin foi propor que o universo e a vida sempre existiram. O famoso cientista e filósofo Hermann von Helmholtz era da mesma opinião. A vida era imemorial, eles acreditavam - tão antiga quanto a própria matéria. Deve ter existido em outro lugar do universo muito antes de aparecer na Terra. Como chegou até aqui permaneceu um mistério, embora especulassem que poderia ter pegado carona em meteoros ou cometas. “Quem sabe”, argumentou Helmholtz, “se esses corpos, que fervilham por todo o espaço, não espalham germes de vida onde quer que haja um novo mundo?” Mas a teoria da panspermia (que significa “sementes em todos os lugares”), que Kelvin, Helmholtz e outros propuseram, apenas chutou a lata no caminho. Não ajudou em nada a desvendar o mistério das origens da vida.
Em 1922, alguns anos após a rejeição de Oparin pelo conselho de censura, ele trabalhava em um laboratório de Moscou com seu herói bolchevique, Alexei Bakh. Ele também recebeu uma nomeação de professor. Ele seria lembrado por muito tempo pela figura imponente e incongruente que exibia na universidade. Ele havia sido enviado ao exterior para estudar brevemente e, em contraste com as roupas gastas e surradas de seus alunos, usava um elegante terno europeu, sempre com gravata borboleta, que conferia uma nota de elegância e autoridade. As condições de vida eram duras no novo paraíso dos trabalhadores. A economia estava em frangalhos e muitos em Moscou passavam fome. Oparin começou a aplicar seu conhecimento bioquímico para melhorar a produção de pão e chá.
Mesmo neste momento de grande necessidade, porém, ele não conseguia se livrar de seu fascínio por questões científicas mais profundas. Ele também reconheceu que a obra-prima de Darwin, Na origem das espécies , estava “perdendo o primeiro capítulo”, mas Oparin achou que algo poderia ser feito a respeito. Ele decidiu retornar aos primeiros princípios. Seria realmente possível que as moléculas orgânicas pudessem ser feitas apenas por organismos vivos? Se assim for, então a primeira célula – a primeira coleção de moléculas envoltas por membrana capaz de produzir energia e se replicar – deve ter sido tão fantasticamente sofisticada que também poderia fabricar os próprios materiais de que era feita. Claramente, este foi um salto evolutivo grande demais para contemplar. Para Oparin, fazia muito mais sentido presumir que a primeira célula surgiu de moléculas orgânicas que já existiam ao seu redor. Mas de onde eles vieram?
Ele já conhecia um fato que faz a origem da vida parecer enganosamente simples. Os químicos do século XIX já haviam estabelecido que, apesar do grande número de elementos na tabela periódica, quase toda a nossa massa vem de apenas seis deles: carbono, hidrogênio, oxigênio, nitrogênio, enxofre e fósforo.
Suas gorduras e carboidratos são cadeias de moléculas feitas exclusivamente de carbono, hidrogênio e oxigênio. Suas proteínas são construídas a partir de carbono, hidrogênio, oxigênio, nitrogênio e enxofre. E seu DNA é feito apenas de carbono, hidrogênio, oxigênio, nitrogênio e fósforo. Esses seis elementos compõem aproximadamente 99% de tudo dentro de você. Uma pessoa de 150 libras contém em massa 94 libras de oxigênio, 35 libras de carbono, 15 libras de hidrogênio, 4 libras de nitrogênio, quase 2 libras de fósforo e meia libra de enxofre.
Esses seis elementos também estão entre os mais abundantes do universo. O hidrogênio é o mais abundante de todos; o oxigênio é o terceiro; carbono, sexto; nitrogênio, décimo terceiro; enxofre, décimo sexto; e fósforo, décimo nono. Em certo sentido, isso torna a compreensão da origem da vida um jogo de Scrabble químico. Você simplesmente tem que explicar como esses poucos elementos se combinam para formar moléculas orgânicas.
Claro, isso acaba sendo diabolicamente difícil. Os átomos são exigentes sobre com quem se relacionam. E o número de combinações potenciais desses seis elementos é incompreensível. O carbono é tão promíscuo, tão talentoso em se contorcer e se unir, que existem mais de dez milhões de moléculas orgânicas conhecidas na Terra.
Em 1924, em uma Rússia Vermelha agora ansiosa para convencer a população de que Deus não existia, o Trabalhador de Moscou publicou o manuscrito de uma página de setenta Oparin como um panfleto, com “Proletários do mundo, uni-vos!” salpicado em sua capa frontal. Doze anos depois, Oparin publicou um livro que expandiu seu argumento e incorporou a ciência mais recente.
Inscreva-se para receber histórias contra-intuitivas, surpreendentes e impactantes entregues em sua caixa de entrada toda quinta-feiraO primeiro insight inovador de Oparin foi que, para entender como a vida surgiu, ele precisava de uma imagem clara da Terra bilhões de anos atrás. Curiosamente, quase ninguém pensando na vida havia pensado nisso antes. Depois de revisar as últimas descobertas em astronomia e geologia, ele percebeu que, quando a Terra se formou, não se parecia em nada com o que é hoje.
O mais importante era o que faltava. Muitos cientistas assumiram que o oxigênio sempre esteve presente, mas Oparin entendeu que o oxigênio em nossa atmosfera era produzido pela fotossíntese. Nossa atmosfera não tinha oxigênio antes do surgimento da vida. Você e eu não poderíamos ter sobrevivido lá por um segundo.
Ele afirmou que a atmosfera primitiva da Terra era mais parecida com a de Júpiter, que os astrônomos acabaram de descobrir que estava cheia de amônia e metano. Notavelmente, a partir de ingredientes básicos - hidrocarbonetos simples, como metano (CH 4 ), junto com amônia (NH 4 ), hidrogênio (H 2 ) e água (H 2 0)—Oparin delineou no papel uma série detalhada de reações químicas que podem criar moléculas orgânicas, proteínas e vida mais complexas. A vida, ele argumentou, poderia ser entendida como a culminação da evolução química. Modestamente, ele intitulou o livro A Origem da Vida , um nome adequado para uma prequela de Darwin Na origem das espécies .
Como foi essa primeira vida? Alguns dos contemporâneos de Oparin afirmaram que estava fotossintetizando algas. Para Oparin, isso era claramente impossível. Como bioquímico de plantas, ele tinha uma apreciação saudável pela complexidade da fotossíntese. Não havia como os primeiros organismos a evoluir já serem tão sofisticados; isso foi um salto evolucionário demais. Em vez disso, para a primeira forma de vida, ele nomeou aglomerados de moléculas orgânicas no oceano que evoluíram lentamente para bactérias.
Na Inglaterra, o extravagante biólogo evolucionista, bioquímico, matemático e autor prolífico J.B.S. Haldane desenvolveu uma teoria semelhante de forma independente, que apareceu em um jornal, o Anual Racionalista . Muitos cientistas a princípio descartaram isso como “especulação selvagem”, e Haldane passou para outros assuntos importantes. Mas Oparin continuou a trabalhar na origem da vida pelo resto de sua carreira. A contribuição de Oparin para a ciência não foi apenas inovadora – ela desencadearia uma explosão científica.
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