Como a vida começou a partir de matéria sem vida? A pergunta que a escola nunca fez direito

Se você estudou biologia no ensino médio, provavelmente aprendeu a palavra “abiogênese” ligada a um experimento com carne apodrecida e frascos de vidro. A história costuma vir assim: por séculos, acreditava-se que vermes nasciam espontaneamente da carne em decomposição e que micróbios surgiam do nada em caldos deixados ao ar livre — a chamada geração espontânea. Francesco Redi, no século XVII, mostrou que larvas só apareciam na carne quando moscas tinham acesso a ela. Louis Pasteur, dois séculos depois, com seus famosos frascos de pescoço de cisne, fechou o caso: nenhum micro-organismo surgia em caldo estéril enquanto o ar filtrado impedia a entrada de esporos já existentes. A vida vem da vida — biogênese, não abiogênese. Fim da história, próximo capítulo.

O problema é que essa história, embora cientificamente correta, responde a uma pergunta completamente diferente da que os cientistas fazem hoje quando usam a palavra “abiogênese”. Redi e Pasteur derrubaram a ideia de que organismos já complexos — vermes, bactérias, fungos — pudessem se formar continuamente a partir de matéria em decomposição, aqui e agora, sob nossos olhos. É uma questão resolvida há mais de 150 anos, sem controvérsia científica alguma. A pergunta que ocupa laboratórios de química prebiótica, biologia molecular e astrobiologia hoje é outra, muito mais específica e mais difícil: há bilhões de anos, num planeta jovem sem nenhuma forma de vida, como moléculas químicas simples — água, gases, minerais, compostos de carbono — se organizaram até formar os primeiros sistemas capazes de se replicar, guardar informação e evoluir por seleção natural? Não é sobre vermes brotando de carne podre. É sobre o salto mais improvável e mais mal compreendido da história do planeta: o momento em que a química deixou de ser só química e passou a se comportar como biologia.

Esse é um problema científico genuinamente em aberto. Não existe hoje uma resposta definitiva, testada e aceita por consenso sobre como esse salto aconteceu. O que existe são hipóteses sérias, sustentadas por experimentos reais e publicadas em periódicos revisados por pares, competindo entre si para explicar partes do quebra-cabeça. Este artigo apresenta as três mais influentes.

Por que “biogênese contra abiogênese” não é mais a pergunta certa

Vale insistir no motivo pelo qual o enquadramento escolar atrapalha mais do que ajuda. Quando Pasteur provou que a vida não brota espontaneamente de matéria orgânica em decomposição, ele testava um cenário de escala completamente diferente: micro-organismos inteiros, já dotados de metabolismo, membranas e material genético, aparecendo em horas ou dias dentro de um frasco de caldo nutritivo. Nenhum cientista sério defende hoje que isso aconteça — nem defendia isso na época em que a pergunta sobre a origem da vida na Terra primitiva começou a ser levada a sério, décadas mais tarde, com os trabalhos independentes de Alexander Oparin e J. B. S. Haldane nos anos 1920.

A origem química da vida, tal como estudada hoje, não propõe que um micróbio complexo tenha surgido de uma hora para outra. Propõe algo mais lento: que, ao longo de dezenas ou centenas de milhões de anos, numa Terra sem oxigênio livre e com condições geológicas radicalmente diferentes das atuais, moléculas orgânicas simples foram se tornando progressivamente mais complexas, até que alguma combinação delas ganhou a capacidade rudimentar de se copiar e de reagir ao ambiente de forma seletiva. Chamar isso de “abiogênese” com o mesmo rótulo do debate de Redi e Pasteur é correto na etimologia, mas confunde duas perguntas de naturezas diferentes — e é essa confusão que faz o assunto parecer mais resolvido, ou mais simples, do que realmente é.

O ponto de partida histórico: o experimento de Miller e Urey

A pesquisa científica moderna sobre origem da vida tem uma data de nascimento relativamente precisa: 1953. O químico Stanley Miller, então estudante de doutorado, e seu orientador Harold Urey, na Universidade de Chicago, montaram um aparato de vidro fechado simulando o que se acreditava, à época, ser a atmosfera primitiva da Terra — uma mistura de metano, amônia, hidrogênio e vapor de água, sem oxigênio livre. Submeteram essa mistura a descargas elétricas contínuas, imitando relâmpagos, durante cerca de uma semana. O resultado, publicado na revista Science, surpreendeu a comunidade científica: o líquido resultante continha diversos aminoácidos, os blocos de construção das proteínas, formados espontaneamente a partir de moléculas inorgânicas simples.

O experimento de Miller e Urey não provou como a vida se originou — e os próprios autores nunca alegaram isso. Provou algo mais modesto, mas decisivo: que a química orgânica complexa não exige vida preexistente para acontecer. Pesquisas posteriores revisaram detalhes do modelo atmosférico original — hoje se acredita que a atmosfera primitiva provavelmente não era tão rica em metano e amônia quanto o experimento assumiu —, mas o princípio central permanece um marco fundador do campo: a síntese prebiótica de moléculas orgânicas complexas é um processo quimicamente viável.

A hipótese do mundo de RNA

Uma das perguntas mais difíceis sobre a origem da vida é o chamado problema do “ovo e da galinha” molecular. As células modernas usam DNA para guardar informação genética e proteínas para executar quase todas as funções químicas — mas o DNA não consegue se copiar sozinho, precisa de proteínas especializadas, e a produção dessas proteínas depende, por sua vez, da informação guardada no DNA. Qual das duas veio primeiro, se cada uma depende da outra para existir?

Em 1986, o bioquímico Walter Gilbert, vencedor do Prêmio Nobel de Química em 1980, propôs numa breve nota na revista Nature uma saída elegante para esse impasse: talvez nem o DNA nem as proteínas tenham vindo primeiro. Talvez uma terceira molécula, o RNA, tenha desempenhado sozinha os dois papéis no início da vida. O RNA é quimicamente capaz de guardar informação genética, como o DNA, mas também é capaz — em certas formas, chamadas ribozimas — de catalisar reações químicas, como uma proteína. Gilbert batizou esse cenário hipotético de “mundo de RNA”: um estágio inicial em que moléculas de RNA autorreplicantes teriam existido sozinhas, sem DNA nem proteínas, evoluindo por seleção natural até que, muito mais tarde, o sistema mais estável de DNA e proteínas assumisse essas funções.

A descoberta de ribozimas naturais deu sustentação experimental a essa ideia depois da publicação de Gilbert. Mas o mundo de RNA continua sendo uma hipótese, não um fato estabelecido. Ainda não existe consenso sobre como o RNA — uma molécula relativamente complexa e instável — teria se formado espontaneamente em quantidade suficiente na Terra primitiva, nem sobre como um sistema de RNA autorreplicante teria se transformado no metabolismo baseado em DNA e proteínas que as células atuais compartilham.

A hipótese das fontes hidrotermais alcalinas

Uma linha de pesquisa diferente, associada sobretudo aos trabalhos do geoquímico Michael Russell e do biólogo evolutivo William Martin, propõe que a resposta não está numa molécula específica, mas num ambiente físico: as fontes hidrotermais alcalinas do fundo do oceano. Diferentes das fontes vulcânicas e ácidas mais conhecidas, essas estruturas — como o campo hidrotermal Lost City, no meio do Oceano Atlântico — liberam fluidos quentes, ricos em hidrogênio e com pH alcalino, através de estruturas minerais porosas cheias de microcompartimentos.

Segundo essa hipótese, detalhada por Martin, John Baross, Deborah Kelley e Russell num artigo de revisão publicado em 2008 na revista Nature Reviews Microbiology, esses microcompartimentos minerais teriam funcionado como reatores químicos naturais, concentrando moléculas orgânicas e mantendo um gradiente de prótons entre o fluido alcalino da fonte e a água oceânica levemente ácida ao redor — um gradiente de energia parecido com o que as células vivas de hoje usam, através de suas membranas, para produzir energia química. A vida não precisaria “inventar” esse mecanismo do zero: poderia ter aproveitado um gradiente que a geologia do fundo do oceano já produzia naturalmente.

Assim como o mundo de RNA, essa hipótese explica bem uma parte do problema — de onde veio a energia que teria favorecido as primeiras reações — mas deixa em aberto como as moléculas orgânicas complexas teriam se formado ali e como o sistema teria se desprendido da estrutura mineral para se tornar uma célula independente.

A química cianosulfídica de Sutherland

Uma terceira linha de pesquisa, mais recente, ataca o problema por outro ângulo: em vez de perguntar onde a vida surgiu, pergunta que reação química específica poderia ter produzido, ao mesmo tempo, os três grandes grupos de moléculas que toda célula viva precisa — precursores de RNA, de proteínas e de lipídios (as moléculas que formam membranas). Historicamente, a maioria dos experimentos de química prebiótica testava a origem de cada grupo separadamente, o que deixava um problema difícil de explicar: como três famílias químicas tão diferentes teriam surgido juntas, no mesmo lugar e na mesma época, para formar a primeira célula?

Em 2015, uma equipe liderada pelo químico John Sutherland, da Universidade de Cambridge, publicou na revista Nature Chemistry um estudo mostrando que uma rede relativamente simples de reações, partindo de cianeto de hidrogênio, sulfeto de hidrogênio e alguns metais, sob luz ultravioleta plausível para a Terra primitiva, conseguia gerar precursores dos três grupos de moléculas simultaneamente, a partir de uma origem química comum. A pesquisa foi assinada por Bhavesh Patel, Claudia Percivalle, Dougal Ritson, Colm Duffy e Sutherland, e ficou conhecida como química “cianosulfídica” — referência direta aos dois ingredientes de partida, cianeto e enxofre.

O resultado não prova que foi assim que a vida realmente começou, e o próprio grupo de Sutherland é cauteloso quanto a essa distinção. O que o estudo mostra é que existe, pelo menos, um caminho quimicamente plausível e testado em laboratório pelo qual os ingredientes moleculares básicos da vida poderiam ter surgido juntos, a partir de matéria-prima simples e abundante — reduzindo o problema de “várias origens químicas separadas e improváveis” para “uma origem química comum e relativamente mais provável”.

O que ainda não sabemos

Vale ser honesto sobre o tamanho do que falta. Nenhuma dessas três hipóteses — o mundo de RNA, as fontes hidrotermais alcalinas, a química cianosulfídica — foi confirmada como o caminho real que a vida percorreu na Terra há cerca de quatro bilhões de anos. Elas não são mutuamente exclusivas: é possível que partes de cada uma estejam corretas, numa combinação de ambientes geológicos, química de RNA e outras reações ainda não mapeadas. Também é possível que a resposta correta ainda nem tenha sido proposta. Continua sem solução, por exemplo, o “problema da encapsulação” — como as primeiras moléculas autorreplicantes teriam ficado protegidas dentro de uma membrana primitiva sem perder a capacidade de trocar matéria com o ambiente — e o intervalo entre a formação da Terra, há 4,5 bilhões de anos, e os primeiros sinais de vida no registro geológico segue debatido, curto demais para ser entendido por completo.

A origem química da vida continua sendo, honestamente, um dos maiores mistérios abertos da ciência — não porque falte pesquisa séria sobre o tema, mas porque o problema é extraordinariamente difícil: reconstruir, com evidência química e geológica, um evento que aconteceu uma única vez, há bilhões de anos, sem deixar fósseis diretos do processo em si. O que existe hoje não é uma resposta escondida nem uma pergunta sem resposta possível — é um dos campos mais ativos da química e da biologia contemporâneas, com hipóteses concorrentes sendo testadas, revisadas e refinadas a cada nova década de experimentos.

Fontes citadas neste artigo: