A sopa primordial já “está vencida bem além da data de validade”
02/25/10
por David Tyler 06:07:13 am
È bem conhecido que Darwin especulou sobre o que poderia acontecer em “algum pequeno lago quente” (discutido previamente aqui).
Mas só foi em 1929 que J.B.S. Haldane desenvolveu uma hipótese testável envolvendo um “ensopado prebiótico, ou a sopa primordial”. Ele propos que compostos orgânicos eram produzidos quando o metano, amônia e água reagiam como resultado da energia fornecida pela radiação ultravioleta. Os produtos da reação foram sugeridos como tendo se acumulado em uma “sopa quente diluída” na Terra primeva. Neste cenário, reações posteriores resultaram em macromoléculas, protocélulas e depois a vida.
“Apoiada pela síntese inorgânica de moléculas orgânicas de Stanley Miller's (1953) no laboratório, pareceu a gerações de cientistas que a narrativa de Haldane estava basicamente correta, e tudo o que foi deixado foi ordenar os detalhes."
Chegou a hora de prosseguir sem esta pesquisa improdutiva (fonte aqui)
As experiências de Miller se tornaram um ícone da evolução naturalista, e entro nos livros-textos com muito pouca análise crítica das descobertas. Até recentemente, o trabalho de Miller foi aclamado na revista científica Science.
Felizmente, existem oportunidades de se ir além da ‘onda’, mas, como Jonathan Wells demonstrou no seu livro Icons of Evolution, estas contribuições raramente passam além da literature técnica. William Martin e colegas apresentaram um casoforte para se aposentar o conceito de sopa primordial da ativa. Ele já chegou à idade avançada de 81 anos e, como uma hipótese, ela não foi confirmada. Normalmente, quando as hipóteses são testadas e não são confirmadas, elas são descartadas — mas nós estamos agora com uma hipótese há muito vencida para isso acontecer com a sopa primordial. Ela já está “vencida bem além do seu prazo de validade.”
Duas razões foram fornecidas no artigo. A primeira é que a sopa de elementos químicos orgânicos estaria em equilíbrio termodinâmico. Os produtos da reação já estam presentes, e não há uma fonte de energia óbvia para conduzir a polimerização ou qualquer outra mudança significante. “A radiação ultra-violeta ionizante destroi inerentemente tanto quanto cria”.
“[T]he homogeneous soup has no internal free energy that would allow them to react further. Life is not just about replication; it is also a coupling of chemical reactions — exergonic ones that release energy and endergonic ones that utilise it, preventing the dissipation of energy as heat. It is commonplace to say that life requires energy, but the conception of a primordial soup fails to recognise or incorporate the importance of energy flux. On the congruence principle, what life needed was not some harsh and problematic source of energy like UV radiation (or lightning), but a continuous and replenishing source of chemical energy.”
“[A] sopa homogênea não tem energia interna livre que lhes permitisse reagir mais. A vida não é somente sobre replicação; também é da união de reações químicas — reações exergônicas que liberam energia e reações endergônicas que a utilizam, impedindo a dissipação de energia como calor. É banal dizer que a vida requer energia, mas a concepção de uma sopa primordial falha em reconhecer ou incorporar a importância do fluxo de energia. Baseado no princípio da congruência, o que a vida precisava não foi alguma fonte de energia severa e problemática como a radiação UV (ou raios), mas uma fonte de energia química contínua e reabastecedora.”
A segunda razão diz respeito à fermentação como o mecanismo primordial de geração de energia em um mundo sem oxigênio. Haldane promoveu esta ideia, e De Duve a apoiou como sendo o mecanismo para sustentar a vida anaeróbica. “Se isto pode ser dito como sendo a opinião de um livro-texto, é isso mesmo.”
“But there are profound difficulties — both chemical and biological — in viewing fermentation as primitive rather than derived. Fermentation is chemically a disproportionation — not a simple redox reaction, in which electrons are stripped from a donor and passed onto an acceptor, driven by strong thermodynamics. In contrast with respiration, the amount of energy released by fermentation is tiny, reflecting its lack of thermodynamic driving force. To tap such an insignificant source of energy requires more rather than less sophistication, and indeed about 12 enzymes are needed to catalyse a complex succession of steps in glycolytic-type fermentations based around the Embden-Meyerhoff pathway. These enzymes are proteins encoded by genes, which would have had to evolve as a functional unit without any other source of energy in the primordial oceans — close to an impossibility in an RNA world, let alone the only way to evolve one.”
“Mas há dificuldades profundas — tanto químicas como biológicas — em considerar a fermentação como sendo primitiva em vez de derivada. A fermentação é quimicamente uma desproporciação — não é uma reação redox, na qual os elétrons são tirados de um doador e passada adiante a um receptor, dirigida por forte termodinâmica. Em contraste com a respiração, a quantidade de energia liberada pela fermentação é pequeníssima, refletindo sua falta de força termodinâmica motriz. Para derivar tal fonte insignificante de energia exige mais do que menos sofisticação, e na verdade, cerca de 12 enzimas são necessárias para catalizar uma sucessão complexa de etapas em fermentações do tipo glicolítica baseadas em torno da via glicolítica ou via Embden-Meyerhoff. Estas enzimas são proteínas codificadas por genes, que teriam de ter evoluído como uma unidade functional sem qualquer outra fonte de energia nos oceanos primordiais — próximo de uma impossibilidade em um mundo RNA, muito menos a única maneira de evoluir um.”
Os autores prosseguem defendendo o ponto de vista deles de que a fermentação é uma derivação sofisticada, em vez de uma derivação primordial. Isto os leva à questão decisiva:
“But if there was no soup, and no energy from UV radiation or fermentation, then where was the energy that powered the emergence of life?”
“Mas, se não houve nenhuma sopa, e nenhuma energia da radiação UV ou de fermentação, então onde estava a energia que energizou a emergência da vida?”
Eles continuam o artigo propondo as fontes alcalinas hidrotermais como a fonte primordial de energia para a vida. Eles desenvolvem a ideia deles de que a origem da vida pode ser considerada distintamente da origem da replicação. Eles apoiam a proposta de Russell et al (1993) de que a quimiosmose é “uma propriedade inerente da vida, uma propriedade herdada do local e espaço onde ela surgiu”. O artigo deles é exploratório, não traçando quaisquer detalhes do que LUCA — Last Universal Common Ancestor (Último ancestral comum universal) teria parecido, mas considerando como que a quimiosmose poderia ter funcionado no ambiente das fontes alcalinas hidrotermais. Mais discussão disso se faz necessária, é claro, mas esta postagem é para chamar a atenção do desafio que estes autores apresentam aos pesquisadores da origem da vida geralmente e aos autores/educadores de livros-texto.
“It is time to cast off the shackles of fermentation in some primordial soup as ‘life without oxygen’ — an idea that dates back to a time before anybody had any understanding of how ATP is made - and to embrace the most revolutionary idea in biology since Darwin as the key not only to the bioenergetics of all life on Earth today, but to its very origin.(80) Thus it seems to us likely that LUCA grew on the H2/CO2 couple, and that she was naturally chemiosmotic.”
“Chegou a hora de se lançar fora os grilhões da fermentação em alguma sopa primordial como a ‘vida sem oxigênio’ — uma ideia que remonta a um tempo antes que alguém tivesse qualquer entendimento de como que o ATP é feito — e seguir a ideia mais revolucionária em biologia desde Darwin como a chave, não somente para a bioenergética de toda a vida na Terra, mas à sua própria origem.(80) Assim, parece para nós, provavelmente, que o LUCA cresceu devido ao casal H2/CO2, e que ela era naturalmente quimiosmótica.”
How did LUCA make a living? Chemiosmosis in the origin of life
Nick Lane, John F. Allen, William Martin
Bioessays, Published Online: Jan 27 2010 | DOI: 10.1002/bies.200900131
Despite thermodynamic, bioenergetic and phylogenetic failings, the 81-year-old concept of primordial soup remains central to mainstream thinking on the origin of life. But soup is homogeneous in pH and redox potential, and so has no capacity for energy coupling by chemiosmosis. Thermodynamic constraints make chemiosmosis strictly necessary for carbon and energy metabolism in all free-living chemotrophs, and presumably the first free-living cells too. Proton gradients form naturally at alkaline hydrothermal vents and are viewed as central to the origin of life. Here we consider how the earliest cells might have harnessed a geochemically created proton-motive force and then learned to make their own, a transition that was necessary for their escape from the vents. Synthesis of ATP by chemiosmosis today involves generation of an ion gradient by means of vectorial electron transfer from a donor to an acceptor. We argue that the first donor was hydrogen and the first acceptor CO2.
Vide também:
New Research Rejects 80-Year Theory of 'Primordial Soup' as the Origin of Life, ScienceDaily (3 February 2010)
Warren, D. Back to the beginning, The Ottawa Citizen (6 February 2010)
