Ao simular as condições iniciais da Terra em laboratório, os pesquisadores descobriram que, sem aminoácidos específicos, as proteínas antigas não saberiam como evoluir para tudo o que vive no planeta hoje – incluindo plantas, animais e humanos.
As descobertas, que detalham como os aminoácidos moldaram o código genético de microorganismos antigos, lançam luz sobre o mistério de como a vida começou na Terra.
“Você vê os mesmos aminoácidos em todos os organismos, de humanos a bactérias e archaea, e isso porque todas as coisas na Terra estão conectadas por meio dessa árvore da vida que tem uma origem, um organismo que foi o ancestral de todos os seres vivos”, disse Stephen Fried, um químico da Johns Hopkins que co-liderou a pesquisa com cientistas da Charles University, na República Tcheca. “Estamos descrevendo os eventos que moldaram por que aquele ancestral obteve os aminoácidos que obteve”.
As descobertas foram publicadas recentemente no Jornal da Sociedade Química Americana.
No laboratório, os pesquisadores imitaram a síntese de proteínas primordiais de 4 bilhões de anos atrás, usando um conjunto alternativo de aminoácidos que eram altamente abundantes antes do surgimento da vida na Terra.
Eles descobriram que compostos orgânicos antigos integravam os aminoácidos mais adequados para o dobramento de proteínas em sua bioquímica. Em outras palavras, a vida prosperou na Terra não apenas porque alguns aminoácidos estavam disponíveis e eram fáceis de produzir em habitats antigos, mas porque alguns deles eram especialmente bons em ajudar as proteínas a adotar formas específicas para desempenhar funções cruciais.
“O dobramento de proteínas basicamente nos permitiu fazer a evolução antes mesmo de haver vida em nosso planeta”, disse Fried. “Você poderia ter evolução antes de ter biologia, você poderia ter seleção natural para os produtos químicos que são úteis para a vida antes mesmo de haver DNA.”
Embora a Terra primordial tivesse centenas de aminoácidos, todos os seres vivos usam os mesmos 20 desses compostos. Fried chama esses compostos de “canônicos”. Mas a ciência tem lutado para identificar o que há de tão especial – se é que existe alguma coisa – nesses 20 aminoácidos.
Em seu primeiro bilhão de anos, a atmosfera da Terra consistia em uma variedade de gases como amônia e dióxido de carbono que reagiam com altos níveis de radiação ultravioleta para preparar alguns dos aminoácidos canônicos mais simples. Outros chegaram por entrega especial de meteoritos, que introduziram uma mistura de ingredientes que ajudaram a vida na Terra a completar um conjunto de 10 aminoácidos “iniciais”.
Como o resto surgiu é uma questão em aberto que a equipe de Fried está tentando responder com a nova pesquisa, especialmente porque essas rochas espaciais trouxeram muito mais do que os aminoácidos “modernos”.
“Estamos tentando descobrir o que havia de tão especial em nossos aminoácidos canônicos”, disse Fried. “Eles foram selecionados por algum motivo específico?”
Os cientistas estimam que a Terra tem 4,6 bilhões de anos e que o DNA, as proteínas e outras moléculas não começaram a formar organismos simples até 3,8 bilhões de anos atrás. A nova pesquisa oferece novas pistas sobre o mistério do que aconteceu durante o tempo intermediário.
“Para ter evolução no sentido darwiniano, você precisa ter toda essa maneira sofisticada de transformar moléculas genéticas como DNA e RNA em proteínas. Mas a replicação do DNA também requer proteínas, então temos um problema do ovo e da galinha”, disse Fried. “Nossa pesquisa mostra que a natureza poderia ter selecionado blocos de construção com propriedades úteis antes da evolução darwiniana”.
Os cientistas detectaram aminoácidos em asteróides distantes da Terra, sugerindo que esses compostos são onipresentes em outros cantos do universo. É por isso que Fried acha que a nova pesquisa também pode ter implicações para a possibilidade de encontrar vida além da Terra.
“O universo parece amar os aminoácidos”, disse Fried. “Talvez se encontrássemos vida em um planeta diferente, não seria tão diferente.”
Esta pesquisa é apoiada pela concessão do Programa Human Frontier Science HFSP-RGY0074/2019 e pelo Prêmio Novo Inovador do Diretor do NIH (DP2-GM140926).
Os autores incluem Anneliese M. Faustino, da Johns Hopkins; Mikhail Makarov, Alma C. Sanchez Rocha, Ivan Cherepashuk, Robin Krystufek e Klara Hlouchova, da Charles University; Volha Dzmitruk, Tatsiana Charnavets e Michal Lebl, da Academia Tcheca de Ciências; e Kosuke Fujishima, do Instituto de Tecnologia de Tóquio.