A origem da vida: o que a química realmente mostra
O argumento do ajuste fino mostra que o universo foi calibrado para a vida. Mas há uma pergunta separada, e ainda mais difícil: uma vez que exista um universo com as constantes certas, como substâncias químicas sem vida se tornaram a primeira célula viva? James Tour, químico da Universidade Rice e um dos principais químicos orgânicos sintéticos do mundo, argumenta que a resposta honesta é: ninguém sabe.
Por que esta pergunta importa
A origem da vida, às vezes chamada de “abiogênese” ou “evolução química”, é a pergunta sobre como a primeira célula viva surgiu da química sem vida. É importante distinguir isso da evolução biológica. A teoria da evolução por seleção natural de Darwin explica como a vida já existente se diversifica. Ela não explica (e o próprio Darwin reconheceu que não explica) como a vida começou.
Não se trata de uma lacuna pequena. Sem a primeira célula, não há nada sobre o que a seleção natural possa agir. A origem da vida é o alicerce sobre o qual repousa toda a biologia posterior e continua sendo, por qualquer avaliação honesta, um problema não resolvido da ciência.
James Tour, professor titular da cátedra T.T. and W.F. Chao de Química da Universidade Rice, tem mais de 700 publicações revisadas por pares e várias centenas de patentes. Ele está entre os químicos mais citados do mundo. Sua especialidade é construir moléculas complexas a partir do zero, o que lhe dá uma perspectiva única sobre o que seria necessário para que a vida se montasse sozinha.
Os cinco problemas não resolvidos
A vida exige quatro classes de moléculas complexas: aminoácidos (para as proteínas), nucleotídeos (para o DNA e o RNA), carboidratos (açúcares) e lipídios (para as membranas celulares). Tour identificou cinco problemas fundamentais que a pesquisa sobre a origem da vida não resolveu:
- 1Formação de polipeptídeos. Como os aminoácidos se ligam em cadeias de proteínas com as ligações corretas? No laboratório, os químicos usam condições cuidadosamente controladas e grupos de proteção. Na Terra primitiva, os aminoácidos teriam formado as ligações erradas, se entrelaçado ao acaso ou se decomposto. Nenhum mecanismo prebiótico plausível produz cadeias de proteínas funcionais.
- 2Formação de polinucleotídeos. Como os nucleotídeos se ligam em cadeias de RNA ou DNA com menos de 2% de ligações incorretas? A química de ligar nucleotídeos é notoriamente difícil. Mesmo com materiais de partida purificados e intervenção especializada, os rendimentos são baixos e as taxas de erro são altas.
- 3Formação de polissacarídeos. Como açúcares simples, como a glicose, se ligam nas orientações corretas? Os açúcares são quimicamente frágeis, altamente reativos e formam misturas complexas, em vez das cadeias ordenadas que a biologia exige.
- 4Informação especificada. Mesmo que fosse possível produzir cadeias de aminoácidos, nucleotídeos e açúcares, como elas teriam a sequência certa? A diferença entre uma proteína funcional e uma cadeia aleatória de aminoácidos é como a diferença entre uma frase coerente e letras ao acaso. De onde vem a informação?
- 5Montagem celular. Mesmo que os quatro tipos de moléculas existissem nas formas certas, como se montariam em uma célula funcional? Uma célula viva não é um saco de substâncias químicas: é um nanossistema integrado de complexidade espantosa, com membranas, máquinas moleculares, sistemas de energia e uma arquitetura de processamento de informação, tudo funcionando em conjunto.
Em 2023, Tour lançou um desafio público de 60 dias a dez importantes pesquisadores da origem da vida: demonstrar que qualquer um desses cinco problemas foi resolvido, mesmo em condições irrealisticamente favoráveis. Ele permitiu que partissem de materiais purificados e da quiralidade correta, e até deixou que uma banca de três membros, escolhidos entre os dez especialistas, julgasse os resultados. O prazo terminou sem que nenhum pesquisador tentasse responder a um único desafio. jmtour.com
O problema da quiralidade
Um dos obstáculos químicos mais profundos merece atenção especial. A maioria das moléculas biológicas apresenta quiralidade: elas existem em formas “canhotas” e “destras”, como imagens espelhadas uma da outra. A vida usa quase exclusivamente aminoácidos canhotos e açúcares destros. Uma única molécula com a orientação errada em uma cadeia de proteína pode destruir sua função.
Toda síntese prebiótica conhecida produz uma mistura de 50/50 de moléculas canhotas e destras. Não há nenhum mecanismo prebiótico demonstrado para alcançar a pureza de quase 100% que a vida exige. Tour observou que só esse problema, antes mesmo de chegar ao sequenciamento, ao dobramento ou à montagem, basta para deter a abiogênese logo de saída.
O experimento de Miller-Urey: o que ele realmente mostrou
Em 1953, Stanley Miller e Harold Urey ficaram famosos ao produzir aminoácidos fazendo passar descargas elétricas por uma mistura de gases que pretendia simular a atmosfera da Terra primitiva. Esse experimento é citado rotineiramente nos livros didáticos como evidência de que os blocos de construção da vida se formam facilmente em condições naturais.
O que os livros didáticos muitas vezes omitem:
- 1A atmosfera errada. Miller usou uma atmosfera redutora (metano, amônia, hidrogênio). Os geoquímicos hoje acreditam que a atmosfera da Terra primitiva era composta principalmente de dióxido de carbono e nitrogênio, condições que produzem muito menos aminoácidos.
- 2Apenas aminoácidos simples. O experimento produziu alguns dos aminoácidos mais simples. Não produziu os aminoácidos complexos de que a vida precisa, nem nucleotídeos, nem açúcares, nem lipídios.
- 3O produto foi alcatrão. O produto dominante foi uma mistura complexa, pegajosa e intratável, uma “gosma orgânica”, e não os blocos de construção purificados de que uma célula precisaria. Como Tour enfatiza: obter alguns aminoácidos em um mar de alcatrão é como encontrar alguns tijolos em um aterro sanitário e declarar que você explicou o Empire State Building.
- 4Blocos de construção não são edifícios. Mesmo que todas as moléculas necessárias aparecessem, montá-las em uma célula funcional é um problema separado, de dificuldade incomparavelmente maior, como a diferença entre ter uma pilha de transistores e ter um smartphone funcionando.
O que Tour argumenta, e o que ele não argumenta
É importante ser preciso sobre a posição de Tour:
- ✓Ele ARGUMENTA: que a pesquisa atual sobre a origem da vida não resolveu, e está longe de resolver, o problema de como a química sem vida se tornou uma célula viva. A distância entre o que foi demonstrado e o que seria necessário é enorme.
- ✓Ele ARGUMENTA: que o público tem sido enganado sobre o estado da ciência da origem da vida. A mídia popular e alguns livros didáticos apresentam o problema como quase resolvido quando, por qualquer avaliação química honesta, ele não está.
- ✓Ele ARGUMENTA: que a complexidade até mesmo da célula mais simples aponta para além da química não guiada, em direção a uma fonte inteligente.
- ✗Ele NÃO argumenta: que a ciência deva parar de investigar. Tour incentivou explicitamente a continuidade da pesquisa, mas com honestidade intelectual sobre o estado atual do conhecimento.
- ✗Ele NÃO argumenta: contra a evolução biológica (a diversificação da vida já existente). Sua crítica trata especificamente da evolução química, a origem da primeira vida.
Tudo o que esta lição apresentou (os cinco problemas não resolvidos, o obstáculo da quiralidade, a distância entre os blocos de construção e uma célula viva) vem do trabalho do próprio James Tour. Nesta conversa de uma hora, Tour apresenta o caso completo com suas próprias palavras, explicando, como químico sintético, por que as moléculas da vida não se montam sozinhas e por que ele acredita que o público recebeu um retrato muito mais otimista da pesquisa sobre a origem da vida do que a química justifica. O título contundente do vídeo reflete essa última acusação; as seções da lição acima trazem a versão precisa e cuidadosa do que Tour afirma e do que não afirma, então tenha isso em mente enquanto assiste.
Dr. James Tour sobre a origem da vida · Podcast Daily Dose of Wisdom · Assistir no YouTube · jmtour.com Este vídeo está em inglês. O YouTube oferece legendas em português pelo botão de legendas.
Tour escreve: “Quem pensa que os cientistas entendem as questões da química prebiótica está completamente mal informado. Ninguém as entende. Talvez um dia entenderemos. Mas esse dia está longe de hoje.” E acrescenta: “A vida baseada em aminoácidos, nucleotídeos, sacarídeos e lipídios é uma anomalia. A vida não deveria existir em lugar nenhum do nosso universo. No entanto, somos levados a acreditar que, há 3,8 bilhões de anos, os compostos necessários podiam ser encontrados em alguma caverna ou fonte hidrotermal submarina e, de alguma forma, se montaram sozinhos na primeira célula.”
Objeções comuns
“Com tempo suficiente, até uma química improvável se torna inevitável. A vida teve bilhões de anos.”
O tempo é necessário, mas não suficiente. O problema não é apenas a improbabilidade: é que a química envolvida trabalha contra a vida. Na água, as moléculas biológicas tendem a se decompor, não a se montar. Períodos mais longos significam mais decomposição, não mais progresso. Como Tour enfatiza, qualquer cadeia de aminoácidos que se formasse na Terra primitiva teria sido hidrolisada (quebrada) muito antes de conseguir chegar a uma protocélula. O tempo é inimigo, e não amigo, da química prebiótica.
“Tour é um nanotecnólogo, não um pesquisador da origem da vida. Ele está fora da sua área.”
A pesquisa sobre a origem da vida é química orgânica: ela pergunta como moléculas orgânicas complexas se formaram e se montaram. Tour é um dos maiores especialistas do mundo exatamente nisso: sintetizar moléculas complexas a partir do zero. Sua experiência em construir justamente os tipos de moléculas de que a vida precisa lhe dá autoridade direta e pertinente para avaliar se as rotas prebióticas propostas são quimicamente plausíveis. A questão não é quem apresenta o argumento, mas se a química está correta.
“A ciência só ainda não descobriu. Dê tempo ao tempo.”
É um ponto justo: a ciência continua avançando. Mas o argumento de Tour não é “nunca vamos descobrir”. O argumento dele é: (1) o estado atual do conhecimento é muito mais primitivo do que foi dito ao público, (2) quanto mais aprendemos sobre a complexidade celular, mais difícil o problema se torna (a linha de chegada se afasta cada vez mais, em vez de se aproximar) e (3) a conclusão honesta, neste momento, é que não se demonstrou que a química não guiada produza vida, e a distância está aumentando, não diminuindo.
- Qual é a diferença entre a evolução biológica e a evolução química? Por que a crítica de Tour se aplica somente à segunda?
- Por que o problema da quiralidade é tão devastador para a química prebiótica? O que uma solução precisaria demonstrar?
- Tour enfatiza que, quanto mais aprendemos sobre a célula, mais difícil se torna o problema da origem da vida. Por que isso é significativo?
- Se a origem da vida não pode atualmente ser explicada pela química não guiada, que opções restam? “Ainda não sabemos” é o mesmo que “não há resposta”?
Por que James Tour argumenta que o experimento de Miller-Urey é insuficiente para explicar a origem da vida?
A origem da vida continua sendo um dos problemas não resolvidos mais profundos de toda a ciência. James Tour, um dos principais químicos sintéticos do mundo, demonstrou que nenhum modelo atual da origem da vida resolveu sequer um dos cinco problemas químicos fundamentais. O experimento de Miller-Urey é rotineiramente superestimado. Só o problema da quiralidade já é um obstáculo intransponível. E, quanto mais aprendemos sobre a complexidade celular, maior se torna a distância entre o que a química não guiada consegue produzir e o que até a vida mais simples exige.