A vida bit por bit

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A pergunta “Estamos sós no Universo?” vem nos assombrando, pelo menos, desde que pudemos contemplar as incríveis dimensões de nossa própria galáxia e tornou-se ainda mais angustiante ao percebemos que a Via Láctea é apenas uma entre centenas de bilhões existentes no nosso universo conhecido. Mas embora quando muitos pensam em vida alienígena ou novas formas de vida tenham em mente algum tipo de civilização tecnologicamente avançada e, de alguma forma, semelhante a nossa, a maioria dos cientistas interessados que dedicam-se sua vida a questão têm objetivos bem mais modestos (excetuando os ligados ao programa SETI), como identificar microrganismos ou sistemas autorreplicantes ainda mais simples e que sejam realmente diferentes dos que conhecemos aqui na Terra. Para isso, entretanto, precisamos ter uma certa ideia do que esperar, o que demanda certo exercício de imaginação e de abstração das propriedades dos sistemas vivos com os quais estamos acostumados para que não nos fechemos em um paroquialismo exagerado, procurando apenas por sistemas biológicos muito parecidos com o que estamos acostumados. Além disso termos uma ideia de como a vida pode surgir e não apenas de como ela surgiu aqui, também nos pouparia de alguns embaraços.

Segundo Gerald F. Joyce, em um artigo ensaístico “Bit by Bit: The Darwinian Basis of Life” publicado ontem, na revista de livre acesso PloS Biol, existiriam duas rotas para origem de novas formas de vida. A primeira seria a rota da química pré-biótica, em que um sistema autorreplicante, capaz de transmitir informação hereditária e de evoluir por seleção natural originar-se-ia a partir de sistemas químicos complexos, eles próprios sem essas capacidades que, de fato, é basicamente o que acreditamos ter acontecido em nosso planeta, algo em torno de 4 bilhões de anos atrás. A segunda forma, porém, envolveria a nova forma de vida originando-se de uma outra pré-existente, mas alterando-se de modo drástico, durante esse processo, especialmente no que diz respeito ao seu sistema de hereditariedade, por exemplo, ao incorporar um novo tipo de polímero muito diferente do anterior e que seria considerada ‘nova’, apenas, em um dado ponto de sua evolução, e usando reações químicas bastante diferentes das encontradas, até então, em organismos em nosso planeta.

Como afirma Joyce:

Os sistemas biológicos são distinguíveis dos sistemas químicos, pois eles contém componentes com muitas composições alternativas potenciais, mas adotam uma composição determinada baseada na história do sistema. Neste sentido, sistemas biológicos têm uma memória molecular (genótipo), que é moldado por experiência (seleção) e mantida por autorreprodução. Podemos contar o número de bits na presente memória molecular, por exemplo, até dois bits por par de bases para um genoma de ácidos nucléicos. Os bits resultam quando potenciais composições alternativas são excluídas e composições específicas são adotadas. Mais formalmente, o número de bits é calculado como log2 do número de composições potenciais dividido pelo número de composições realizadas. Deve-se contar apenas os bits que se acumulam dentro do sistema, e não aqueles que evoluíram em outros lugares e que incorporaram-se ao sistema gratuitamente.


Suponha que tenhamos uma molécula que se autoduplica indefinidamente, orientando a montagem ordenada de blocos de construção para a produção de cópias adicionais de si mesma. Isso seria um processo químico interessante, mas a menos que haja a oportunidade de composições alternativas surgirem e reproduzirem-se de forma semelhante – isto é, que ocorre-se a evolução darwiniana – o conteúdo em bits seria zero. Suponhamos que algo possua uma cascata de reações complexas, talvez até um ciclo autocatalítico, contido dentro de um compartimento físico crescendo e dividindo. Isso também seria um processo químico interessante, mas não envolveria qualquer bits herdáveis. Suponhamos que se utilizasse a informação genética de um organismo biológico pré-existente para a construção de um fac símile que,daqui para frente, poderia evoluir composições alternativas. Novos bits poderiam acumular-se dentro de um sistema deste tipo, mas todos os bits que foram fornecidos no início seriam derivados do organismo pré-existente. Para ser considerado um nova forma de vida, a maioria dos bits devem ser autoderivados.” [PLoS Biol 10(5): e1001323. doi:10.1371/journal.pbio.1001323]


Assim, para Joyce, um critério apropriado indicaria que um ser vivo realmente seria uma nova forma de vida caso o sistema ‘novo’ cruzasse um limiar em que o sistema genético alternativo contivesse mais bits hereditários do que o número de bits necessário para iniciar o seu funcionamento. Baseado nessas considerações, usando-se a abordagem de Joyce, os diversos anúncios de grandes descobertas da comunidade científica de “novos tipos de vida” (tanto os confirmados como os ainda em suspensão) – como as supostas evidências fósseis de vida microbiana antiga e de ‘biomarcadores’ no meteorito ALH84001 de Marte; a suposta identificação de bactérias que substituíram o fosfato por arsênio em seu DNA, oriundas do lago Mono; ou mesmo a síntese de genomas bacterianos em laboratório e sua introdução em uma célula bacteriana cujo material genético havia sido destruído, conduzido pelo time liderado por J. Craig Venter – não se qualificariam, de fato, como novas formas de vida realmente diferentes, pelo menos, até que evidências mais completas pudessem ser analisadas, especialmente no caso dos indícios do meteorito ALH84001.

Na figura acima, retirada do artigo de Joyce, estão representados, em uma concepção artística, o recém-descoberto planeta “Terróide” Kepler-22b (imagem cedida pela NASA / Ames/JPL-Caltech), a química pré-biótica, que é representada pelo aparato de ignição de descarga de Miller-Urey (modificação da fotografia por Ned Shaw, da Universidade de Indiana), além de dois exemplos de hipótese de vida pré-RNA são mostrados, com base tanto ácido nucleico de treose (TNA) ou do ácido nucleico de glicol (GNA). doi: info: doi/10.1371/journal.pbio.1001323.g002

Então, por enquanto, ainda não temos como estimar as probabilidades de surgimento de algo realmente novo, pelo simples fato de ainda só conhecermos um único tipo de vida e ainda estarmos engatinhando na compreensão de como este tipo teria se originado, ainda que sua diversificação posterior seja cada vez melhor compreendida através da moderna biologia evolutiva. Porém, no caso dos sistemas que estão sendo investigados e criados pelos pesquisadores da biologia sintética, a perspectiva está aberta para que, um dia, eles cruzem o limiar informacional discutido por Joyce, assim como fica claro que os primeiros sistemas autoreplicantes protocelulares que se originaram de sistemas não-vivos, como se imagina que ocorreu em nosso planeta, em seu passado mais remoto, seriam desde o começo considerados ‘novos tipos de vida’, combinando com nossas intuições mínimas sobre a questão.

Apesar da aplicabilidade em si do critério de Joyce ser discutível já que, provavelmente, na prática se tornará muito mais complicado de especificar o limiar de informação ou mesmo obter informações sobre o mesmo para cada possível candidato, realmente precisamos pensar mais claramente no que esperamos encontrar, caso contrário talvez nem consigamos reconhecer aquilo que tanto buscamos. Exercícios como este que podem parecer distantes da realidade são necessários se quisermos responder a tão angustiante questão, “Estamos sós?” de uma forma realmente efetiva.

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Referências:

 

Credito das Figuras:

HENNING DALHOFF / SCIENCE PHOTO LIBRARY

MONA LISA PRODUCTION/ SCIENCE PHOTO LIBRARY

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