Compreender a natureza da vida é um dos mistérios mais difíceis e ao mesmo tempo interessantes para a humanidade. Com o tempo, esse mistério inevitavelmente foi além da questão de saber se a vida existe apenas na Terra ou se existe em algum outro lugar do universo. O surgimento da vida é devido a uma coincidência fortuita e fortuita, ou é tão natural para o universo quanto as leis universais da física?
Os cientistas vêm tentando responder a essas perguntas há muito tempo. Um deles é Jeremy England, biofísico do Massachusetts Institute of Technology. Em 2013, ele levantou a hipótese de que as leis da física poderiam desencadear reações químicas que permitissem que substâncias simples se organizassem de tal forma que eventualmente adquirissem qualidades de "vida".
Nos resultados do novo trabalho de England e seus colegas, nota-se que a física é capaz de criar naturalmente processos de reações autorreproduzíveis, o que é um dos primeiros passos para criar “vivos” a partir de “não vivos”. Em outras palavras, isso significa que a vida deriva diretamente das leis fundamentais da natureza, o que praticamente exclui a possibilidade de uma hipótese de ocorrência acidental. Mas isso seria uma declaração muito alta.
A vida teve que surgir de algo. A biologia nem sempre existiu. Ele também surgiu como resultado de uma cadeia de certos processos químicos que levaram ao fato de que os produtos químicos de alguma forma se organizaram em compostos prebióticos, criaram os "blocos de construção da vida" e depois se transformaram em micróbios, que eventualmente se desenvolveram em uma incrível coleção de coisas vivas. existente em nosso planeta hoje.
A teoria da abiogênese considera o surgimento da vida como o surgimento da natureza viva a partir do inanimado e, segundo a Inglaterra, a termodinâmica pode ser a base e a chave, graças à qual os compostos químicos inanimados podem se transformar em biológicos vivos. No entanto, como o próprio cientista observa, as pesquisas mais recentes não visam criar uma conexão entre as "propriedades vitais" dos sistemas físicos e os processos biológicos.
"Eu não diria que fiz um trabalho que pudesse responder à questão da própria natureza da vida como tal", disse England em uma entrevista ao Live Science.
"O que me interessou foi a própria prova do princípio - quais são os requisitos físicos para a manifestação do comportamento vivo em compostos inanimados."
Vídeo promocional:
Auto-organização em sistemas físicos
Quando a energia é aplicada a um sistema, as leis da física determinam como essa energia se dissipará. Se esse sistema for afetado por uma fonte externa de calor, a energia começa a se dissipar até que o equilíbrio térmico seja organizado em torno desse sistema. Coloque uma xícara de café quente sobre a mesa e depois de um tempo o local onde a xícara estava fica quente. No entanto, alguns sistemas físicos podem estar em desequilíbrio, portanto, por meio da "auto-organização", eles tentam usar a energia de uma fonte externa da maneira mais eficiente, o que é bastante interessante, como aponta Inglaterra, são desencadeadas reações químicas autossustentáveis que impedem o alcance do equilíbrio termodinâmico. É como se uma xícara de café desencadeasse espontaneamente uma reação química fazendo com que apenas uma pequena área de café no centro da xícara fosse mantida quente,evitando seu resfriamento e transição para o estado de equilíbrio termodinâmico com a mesa. O cientista chama tal situação de "adaptação à dissipação", e esse mecanismo é precisamente o que, na opinião da Inglaterra, dota os sistemas físicos inanimados de propriedades vivas.
O comportamento chave da vida é a possibilidade de auto-reprodução ou (do ponto de vista biológico) reprodução. Esta é a base de qualquer vida: é lida como a mais simples, depois é reproduzida, torna-se cada vez mais complexa, depois é reproduzida novamente e esse processo se repete continuamente. E acontece que a autorreplicação também é uma forma muito eficaz de dissipar calor e aumentar a entropia dentro desse sistema.
Nas descobertas do estudo, publicado em 18 de julho na revista Proceedings of the National Academy of Sciences, Inglaterra, e o co-autor Jordan Horowitz descrevem o teste de sua hipótese. Eles realizaram várias simulações de computador de um sistema fechado (um sistema que não troca calor ou matéria com seu ambiente) contendo uma "sopa" de 25 produtos químicos. Apesar do fato de que seu sistema era muito simples, é uma "sopa" que provavelmente poderia cobrir a superfície da Terra antiga e sem vida. Então, descobriu-se que se esses produtos químicos forem encontrados juntos e expostos ao calor de uma fonte externa (por exemplo, um poço hidrotérmico), essas substâncias precisarão de alguma forma dissipar esse calor de acordo com a segunda lei da termodinâmica, que dizque o calor deve se dissipar e a entropia do sistema neste momento inevitavelmente aumentará.
Ao criar certas condições iniciais, o cientista descobriu que esses produtos químicos podem otimizar o impacto no sistema de energia por meio da auto-organização e das reações ativas subsequentes para a autorreplicação. Esses produtos químicos se ajustam naturalmente às novas condições. As reações que eles criaram também produziram calor, que corresponde à segunda lei da termodinâmica. A entropia no sistema sempre aumentará e os produtos químicos também continuarão a se auto-organizar e demonstrar comportamento de vida na forma de auto-reprodução.
“Na verdade, o sistema tenta primeiro muitas soluções em pequena escala, e quando uma delas começa a apresentar um resultado positivo, organizar todo o sistema e se ajustar a essa solução não leva muito tempo”, compartilhou England em entrevista ao Live Science.
Um modelo simples de biologia é assim: a energia molecular é queimada nas células, que estão naturalmente fora de equilíbrio e governam os processos metabólicos que sustentam a vida. Mas, como aponta a Inglaterra, há uma grande diferença entre as propriedades da vida descobertas e o comportamento na sopa química virtual e a própria vida.
Sarah Imari Walker, física teórica e astrobióloga da Universidade do Arizona, que não esteve envolvida na pesquisa discutida hoje, concorda.
“Há dois caminhos que precisam ser percorridos para tentar combinar biologia e física. Uma é entender como as qualidades de vida podem ser obtidas a partir de sistemas físicos simples. A segunda é entender como a física pode criar vida. Ambas as condições precisam ser abordadas a fim de realmente entender quais propriedades são verdadeiramente únicas para a vida como tal e quais propriedades e características são características de coisas que você pode confundir com sistemas vivos, por exemplo, prebióticos , comentou Imari Walker ao Live Science.
O surgimento de vida fora da Terra
Antes de começarmos a responder à grande questão de se esses sistemas físicos simples podem influenciar o surgimento de vida em outras partes do universo, primeiro precisamos entender melhor onde tais sistemas podem existir na Terra.
“Se por vida você quer dizer algo que é tão impressionante como, digamos, bactérias ou qualquer outra forma com polimerases (proteínas que conectam DNA e RNA) e DNA, então meu trabalho não é sobre o quão fácil ou difícil pode ser. para criar algo tão complexo, então eu não gostaria de tentar prematuramente fazer suposições sobre se vamos encontrar algo semelhante em qualquer outro lugar do universo, exceto na Terra”, diz England.
Este estudo não define como a biologia emergiu de sistemas não biológicos, apenas visa explicar alguns dos complexos processos químicos através dos quais ocorre a auto-organização dos produtos químicos. As simulações computacionais realizadas não levam em consideração outras propriedades da vida, como adaptação ao ambiente ou reação a estímulos externos. Além disso, este estudo termodinâmico de um sistema fechado não leva em consideração o papel da transferência de informações acumuladas, observa Michael Lassing, físico estatístico que também trabalha com biologia quantitativa na Universidade de Colônia.
“Este trabalho certamente mostra o resultado surpreendente da interação de redes químicas fora de equilíbrio, mas ainda estamos longe de quando a física pode explicar a natureza da vida, na qual um dos papéis principais é atribuído à reprodução e transferência de informações”, comentou Lassing ao Live Science.
O papel da informação e seu transporte nos sistemas vivos é muito importante, concorda Imari Walker. Em sua opinião, a presença de uma auto-organização natural presente em uma "sopa" de produtos químicos não significa necessariamente que se trata de uma organização viva.
“Acredito que haja muitos estágios intermediários pelos quais precisamos passar para passar da simples ordenação para a criação de uma arquitetura de informação totalmente funcional como células vivas, que requer algo como memória ou hereditariedade. Certamente podemos obter ordem na física e em sistemas de não equilíbrio, mas isso não significa que, desta forma, obtemos vida , - diz Imari Walker.
Os especialistas geralmente acreditam que seria prematuro dizer que o trabalho da Inglaterra é uma "prova conclusiva" da natureza da vida, já que existem muitas outras hipóteses tentando descrever como a vida poderia ter se formado a partir de quase nada. Mas é definitivamente um novo olhar sobre como os sistemas físicos são capazes de se auto-organizar na natureza. Agora que os cientistas têm uma compreensão básica de como esse sistema termodinâmico se comporta, talvez o próximo passo seja tentar identificar um número suficiente de sistemas físicos em desequilíbrio que aparecem na Terra, diz Inglaterra.
