Uma nova peça-chave a favor da hipótese do mundo de ARN

A hipótese do mundo de ARN defende que moléculas constituídas por ácido ribonucleico (ARN) estiveram na origem da evolução e, em última análise, de toda a vida na Terra - e um novo resultado experimental acaba de acrescentar um dado crucial que reforça esta ideia.

Do “caldo primordial” à vida: o problema de explicar a origem do ARN auto-replicante

Compreender de que forma a vida complexa surgiu a partir de blocos químicos simples continua a ser um dos desafios mais exigentes da ciência, e tem ocupado investigadores há muitos anos.

Uma das objeções persistentes à hipótese do mundo de ARN é a seguinte: moléculas de ARN capazes de se copiar a si próprias (o passo que poderia desencadear o início da vida) pareceriam demasiado grandes e sofisticadas para aparecerem espontaneamente.

QT45, a ribozima polimerase: uma pista pequena para a hipótese do mundo de ARN

É aqui que entra uma molécula de ARN a que os cientistas deram o nome de Muito Pequena 45 (QT45), descrita num estudo liderado por uma equipa do Laboratório de Biologia Molecular do Conselho de Investigação Médica (MRC), no Reino Unido.

A QT45 pertence à categoria das ribozimas polimerase: trata-se de um ARN que consegue atuar como enzima, acelerando reações químicas e ajudando a construir moléculas a partir de modelos genéticos.

Os investigadores demonstraram também que esta molécula consegue aproximar-se da auto-replicação. Para isso, copia a sua cadeia complementar (uma sequência “em espelho” da molécula de ARN original) e, numa reação separada, usa essa cadeia complementar para produzir uma cópia de si mesma.

Ainda não se trata de auto-replicação completa, mas é uma prova de dois passos essenciais do processo - cada um deles realizado de forma individual. E isto ocorre numa molécula suficientemente pequena e simples para poder, em teoria, ter existido antes de haver vida. Quando o material genético se torna capaz de se copiar, a vida pode arrancar.

“Esta investigação oferece uma visão de como poderão ter sido os primeiros passos da vida e aprofunda a nossa compreensão das moléculas fundamentais que sustentam todos os sistemas vivos”, afirma o bioquímico Edoardo Gianni, do Laboratório de Biologia Molecular do MRC.

Porque é que a QT45 é diferente do que já se tinha conseguido em laboratório

Atualmente, o ARN “delegou” a função de auto-replicação nas proteínas. Trabalhos anteriores já tinham mostrado que equipas de moléculas de ARN conseguem produzir cópias de si próprias - mas, até agora, as moléculas obtidas em experiências de laboratório eram grandes e complexas demais para ser plausível que se tivessem reunido no caldo primordial.

Para chegar à QT45, mais pequena e simples, os investigadores prepararam piscinas de líquido especialmente concebidas e mantidas a temperaturas de congelação. Dentro dessas piscinas estavam um bilião de sequências de ARN, todas aleatórias e extremamente curtas. O objetivo era perceber se alguma combinação mostraria capacidade para copiar e “coser” blocos de construção de ARN.

Após várias rondas de ensaios e de aperfeiçoamento, a QT45 acabou por se destacar. A análise e experiências seguintes indicaram que, em condições otimizadas, a molécula de ARN consegue sintetizar-se a si própria (ao longo de 72 dias) e também sintetizar outros modelos de ARN com complexidade crescente - uma combinação de capacidade e versatilidade particularmente encorajadora para a hipótese do mundo de ARN.

“Ao identificar um ARN pequeno, a ideia de que um ARN auto-replicante surgiu espontaneamente torna-se muito mais provável e, graças ao seu tamanho, conseguiu copiar-se por completo e também copiar o seu modelo - ao contrário de trabalhos anteriores, em que apenas pequenas partes eram copiadas”, diz Gianni.

O que falta para a auto-replicação completa e os próximos passos

Apesar destes avanços, a QT45 ainda não atinge a auto-replicação total. Ainda assim, mostrou ser capaz de realizar dois dos passos mais difíceis. Para construir um ciclo completo, como o que seria necessário na natureza, os investigadores tiveram de recorrer a algum “truque” de laboratório.

O passo seguinte passa por aumentar tanto a velocidade como o rendimento do processo de cópia da QT45. Neste momento, é necessário um período relativamente longo para gerar uma quantidade relativamente pequena de material, embora se esteja ainda numa fase muito inicial desta linha de investigação.

Mesmo com obstáculos pela frente, estes resultados aproximam-nos de forma significativa de perceber como a vida poderá ter surgido desde o princípio e de como a hipótese do mundo de ARN poderá ter acontecido.

Estas descobertas também têm peso na procura de vida noutros pontos do Universo. Quando tivermos uma imagem completa do que transformou químicos básicos em vida aqui na Terra, os cientistas poderão reconhecer melhor esse mesmo padrão caso esteja a ocorrer em luas e planetas distantes.

“Para lá do seu significado científico, a descoberta também tem implicações quanto à probabilidade de a vida emergir espontaneamente e quanto à possibilidade de processos semelhantes ocorrerem noutros planetas”, afirma Gianni.

A investigação foi publicada na revista Ciência.