Re: Abiogênese
Post do Mês: Abril de 1998
por Ian Musgrave

Olá a todos

<...>

Em 1 abr 1998 00:12:13 -0500, "RD Heilman" <rdhsr@bellsouth.net> escreveu:

>colinpeters@geocities.com escreveu na mensagem
><6ffdl6$25r$1@nnrp1.dejanews.com>...
>>No artigo <aTnS.2389$563.2496766@news4.atl.bellsouth.net>,
>> "RD Heilman" <rdhsr@bellsouth.net> escreveu:

<snip intro re: "linha de partido" para focar nos seguintes problemas>

>>Se há algo que se assemelha a uma linha partidária em relação à abiogênese, é que a abiogênese provavelmente ocorreu espontaneamente. Quanto a exatamente como isso poderia ter acontecido, não há qualquer acordo (embora a hipótese do mundo do RNA pareça estar ganhando).
>
>Sim, mas ainda assim isso está muito longe de um organismo vivo. A menos que chamemos o mundo do RNA, onde moléculas de RNA são capazes de se replicar sozinhas, servindo como sua própria enzima, de "vivo". Não que eu esteja sugerindo que alguém faça isso. Mas onde isso nos deixa?

No primeiro estágio do desenvolvimento dos organismos que reconheceríamos como vivos. A partir de ribozimas autorreplicantes, você poderia progredir para, digamos, ribozimas em lipossomas, para ribozimas delimitadas por membrana com co-catalisadores de aminoácidos, para ribozimas que codificam proteínas [1]. Passo a passo, você progride em direção a algo que reconheceríamos como um organismo (mas, claro, não um moderno).

>Do que li, replicar moléculas é bastante
>fácil de fazer em um laboratório moderno. Por exemplo:
>
>Sol Spiegelman, nos anos 60, experimentou com um suprimento de vírus que
>ele colocou em um tubo de ensaio, enriqueceu um suprimento da enzima
>replicase necessária para que o vírus replicasse seu RNA e um suprimento
>amplo de nucleotídeos livres. Após misturá-los e organizar um fluxo de
>matérias para o sistema, ele esperou para ver o que acontecia. No início,
>o RNA copiava-se bastante fielmente. No entanto, mutações rapidamente
>começaram a cortar as fitas de RNA ao meio. Essas fitas tornaram-se
>progressivamente mais curtas até que, após cerca de 70 gerações, os
>comprimentos do RNA estabilizaram-se no menor comprimento possível capaz
>de se replicar. Essa fita continha cerca de 220 nucleotídeos, pouco mais
>do que o sítio de reconhecimento para a enzima replicase. Essa molécula,
>rotulada de Monstro de Spiegelman, foi capaz de se reproduzir a uma taxa
>fantástica neste ambiente de tubo de ensaio protegido. Mas não poderia
>sobreviver no mundo desprotegido, para não falar de sua sobrevivência no
>oceano primordial.

Por que não sobreviveria em um mundo pré-biótico, onde não há competidores? [2]

>Manfred Eigen levou o experimento um passo adiante e começou
>seu experimento sem o vírus semente e com essencialmente os mesmos
>resultados.
>Isso deu suporte à hipótese do gene nu, que propôs
>que a primeira RNA consistindo de cerca de cem nucleotídeos tendo
>apenas um propósito - replicar-se. Mas quais são as chances
>de tal molécula auto-organizando-se acontecer nos mares primitivos,
>sem mencionar sobreviver.

Na verdade, bastante bom. Existem 1,6 x 10^60 sequências possíveis de 100 nucleotídeos. Em um oceano primordial de 10^24 litros com uma concentração de nucleotídeos de 10^-6M (razoavelmente diluído), montar sequências de 100 nucleotídeos em argila à la Ferris [3] e assumir que leva uma semana para criar uma sequência completa, então você pode ter produzido aproximadamente 1 x 10^50 sequências em um ano! Como foi estimado que uma em cada 1 x 10^17 sequências de RNA aleatórias é uma ligase de alta eficiência [4], as chances de obter pelo menos uma polimerase autorreplicante (ou pequeno conjunto autorreplicante) são bastante altas.

A sobrevivência deve ser bastante boa, os polinucleotídeos são bastante estáveis (na ordem de milhares de anos), e não há competidores para devorá-los, de modo que um ribozima replicante deve vir a dominar qualquer lago ou oceano em que se encontre. Com competição por recursos, variantes do ribozima original virão a dominar em certos ambientes.

>Um segundo problema é o problema do link gene-proteína.
>
>O químico premiado com o Nobel, Walter Gilbert, baseou-se no trabalho
>anterior, bem como nas contribuições de Orgel e outros. Orgel conseguiu
>que o RNA formasse novas moléculas em unidades de nucleotídeos ricas em
>energia, que então formariam novas cadeias de RNA correspondentes às
>existentes. Em seguida, automaticamente, elas formariam a configuração de
>hélice dupla. Gilbert propôs um cenário para o surgimento da vida. Começando
>com a capacidade autocatalítica necessária para se montarem a partir do
>sopa. Seguido por recombinação e mutação para explorar novas funções.
>Em seguida, as moléculas de RNA formaram proteínas. As enzimas proteicas são
>codificadas pelo RNA. Finalmente, o DNA aparece, fornecendo um armazenamento
>estável e correto de erros de informação. As principais funções do RNA foram
>então assumidas por suas criações, as proteínas e o DNA.
>
>O problema com este cenário é o mesmo que com os outros: conseguir o
>primeiro passo: obter o RNA auto-replicante, que experimentalmente vem apenas
>do RNA moderno de hoje. Assim, a pergunta é: até que ponto temos avançado
>a partir da necessidade para a primeira vida?

O RNA (ou similares ao RNA [5]) pode ser gerado abioticamente, e o RNA (ou similares ao RNA) pode polimerizar em substratos de argila. Sob condições abióticas plausíveis, praticamente todas as sequências possíveis de 100 nucleotídeos poderiam ser produzidas em menos de um bilhão de anos. Já percorremos um longo caminho.

<grande recorte sobre definições de abiogênese>

>>O problema é que quando você disse
>>"então a evolução biológica não teria fundamento,
>>já que a evolução biológica ocorre apenas através de processos
>>naturais. E, portanto, parece uma extensão lógica que a vida
>>deve ter também originado da mesma maneira." você parece estar
>>dizendo que se a abiogênese não puder ser demonstrada como possível, então
>>a evolução biológica deve ser igualmente impossível
>>
>Posso aceitar sua afirmação de que a abiogênese é distinta da
>evolução biológica; no entanto, é uma cadeia contínua e ininterrupta,
>começando com ou antes do aparecimento do RNA autorreplicante que
>mutou, se recombinau e progrediu até a etapa em que começou a
>sintetizar proteínas, enzimas e DNA. Este processo continuou a
>mutar, o precursor pré-vivo mais eficiente replicando-se e deixando
>o maior número de descendentes, nascendo assim a seleção natural (?).
>Este processo continua a replicar e mutar até que apareça a primeira
>entidade biológica viva. Estas primeiras entidades vivas continuam
>a replicar, mutar e tornar-se cada vez mais complexas. As primeiras
>bactérias, algas azul-verdes, etc. aparecem e estas ou algum parente
>de células procarióticas entram em uma relação simbiótica, nascendo
>assim as primeiras células eucarióticas primitivas. Muito antes deste
>ponto de virada, ou seja, o aparecimento de células eucarióticas,
>a *evolução* já estava bem a caminho. Mas chamar o processo desde
>a primeira molécula de RNA até a primeira entidade viva não é
>evolução. Quão arbitrário é o corte neste processo contínuo onde
>a não-evolução termina e a evolução começa?

A evolução começa quando você tem replicação, herança (como você pode ter replicação sem herança em alguns sistemas de hiper-ciclo) e seleção de cópias variantes. Então você poderia estar justificado em aplicar isso ao primeiro ribozima de RNA auto-replicante. No entanto, os eventos que levaram ao primeiro ribozima de RNA auto-replicante (síntese pré-biótica de nucleotídeos, polímeros de RNA montados em argila, hiper-ciclos não auto-replicantes) não são evolução.

Sim, é difícil decidir qual é a linha divisória, mesmo hoje em dia; é difícil definir a linha entre o vivo e o não vivo (um vírus está vivo? ele pode se replicar e evoluir, assim como um príon?). Isso por si só sugere que a vida é um processo natural, e não um decreto divino ou uma construção deliberada.

>>quando elas não funcionam, na verdade, da mesma maneira de forma alguma, exceto na medida em que
>>ambas são consideradas processos naturais. A evolução biológica
>>tem sido demonstrada funcionar, à satisfação da vasta
>>maioria dos cientistas. A abiogênese não tem, mas como são
>>questões separadas isso não faz ninguém duvidar da veracidade da
>>evolução biológica.
>>
>Esta é uma pergunta justa: a abiogênese e a evolução são distintas porque
>a abiogênese é mal sustentada, consequentemente, não pode prestar nenhum
>sustentáculo à evolução? Mas então também não pode lançar dúvidas sobre a
>veracidade da evolução. Então como podemos saber se isso é ou não uma
>estratégia de proteção?

Abiogênese e evolução são distintas porque envolvem processos naturais distintos.

<snip more stuff>

>>O experimento de Pasteur demonstrou que a água em um tubo de ensaio estéril não resultará em abiogênese em um século ou dois (creio que o tubo de ensaio ainda está em exibição em Paris). Isso dificilmente demonstra que a vida não pode surgir de matéria não viva em um planeta inteiro cheio de reações químicas complexas ao longo de milhares ou milhões de anos.
>
>Aqui novamente a prova está no pudim. E há pouca evidência contrária. Pasteur também experimentou com caldo que havia sido esterilizado (cozido). Então, usando um balão com um pescoço torto, a fim de manter fora os micróbios, ele foi capaz de demonstrar suas hipóteses. Como os micróbios não alcançaram o caldo estéril, os organismos vivos não puderam ou não apareceram. Assim, provando sua hipótese de que a vida vem apenas de vida pré-existente.

Novamente, ninguém espera uma transição do tipo "aminoácidos a cianobactérias" que isso implicaria. Além disso, um litro ou mais de caldo repousando tranquilamente em um recipiente de vidro por um século e meio não é nada parecido com a Terra primitiva, onde bilhões de litros de produtos químicos reativos nos antigos mares são agitados pelas ondas e misturados em praias de argila e areia catalíticas, e mesmo nessa situação poderíamos esperar que milênios passassem antes de vermos algo que pudesse ser definido como vida (Veja as referências de Lacano em [5]).

>Uma coisa é certa: ao remover a origem da vida para um tempo e lugar inacessíveis, os pesquisadores nunca poderão refutar a teoria da origem da vida, independentemente de qual teoria os cientistas possam avançar. Consequentemente, eles podem experimentar até que seus corações estejam satisfeitos com quaisquer resultados, grandes ou pequenos, que possam obter. Sem ceticismo. Apenas uma afirmação de fato (na minha opinião).

Isso não é verdade. A origem da vida é posicionada onde está com base em evidências. À medida que mais evidências são acumuladas, vários cenários podem ser eliminados (como alguns já fizeram), e novos tipos de testes podem ser concebidos. Não há muito tempo não tínhamos como detectar bactérias fósseis; agora podemos. Com mais pesquisa, sem dúvida seremos capazes de pensar em novas formas de acessar esses tempos passados.

Atenciosamente! Ian

[1] Aqui apresento apenas um cenário possível; outros incluem "hiperciclos de proteínas primeiro, depois RNA/DNA" e "desenvolvimento coevolutivo de proteínas/RNA".

[2] Estou ciente de que este exemplo exigiu uma polimerase pré-existente e que, além do RNA, uma polimerase também teria que estar presente. No entanto, no mundo pré-biótico, essa polimerase não precisaria ser nada semelhante às polimerases modernas; até mesmo a argila poderia funcionar bem, e, portanto, a disponibilidade de polimerase não é tão limitante quanto em um exemplo moderno.

[3] Ferris JP, Hill AR Jr, Liu R, e Orgel LE. (2 de maio de 1996). Síntese de oligômeros pré-bióticos longos em superfícies minerais [ver comentários] Nature, 381, 59-61.

[4] Ekland EH, Szostak JW, e Bartel DP. (21 de julho de 1995). Ligases de RNA estruturalmente complexas e altamente ativas derivadas de sequências de RNA aleatórias. Science, 269, 364-70.

[5] Veja:

Miller SL. (março de 1997). Ácidos nucleicos peptídicos e química pré-biótica Nat Struct Biol, 4, 167-9.

Hager AJ, e Szostak JW. (agosto de 1997). Isolamento de ribozimas novas que ligam substratos de RNA ativados por AMP Chem Biol, 4, 607-17.

James KD, e Ellington AD. (agosto de 1997). Fidelidade surpreendente da ligação química direcionada por molde de oligonucleotídeos [Citação em andamento] Chem Biol, 4, 595-605.

Schwartz AW. (agosto de 1997). Especulações sobre o Problema do Precursor do RNA J Theor Biol, 187, 523-7.

Bolli M, Micura R, e Eschenmoser A. (abril de 1997). Piranosil-RNA: auto-organização quiroseletiva de sequências de bases por oligomerização ligativa de tetranucleotídeo-2',3'-ciclofosfatos (com um comentário sobre a origem da homociralidade biomolecular). Chem Biol, 4, 309-20.

Bohler C, Nielsen PE, e Orgel LE. (17 de agosto de 1995). Troca de molde entre oligonucleotídeos de PNA e RNA Nature, 376, 578-81.

Lazcano A, e Miller SL. (14 de junho de 1996). A origem e evolução inicial da vida: química pré-biótica, o mundo pré-RNA e o tempo. Cell, 85, 793-8.

Ertem G, e Ferris JP. (18 de janeiro de 1996). Síntese de oligômeros de RNA em moldes heterogêneos. Nature, 379, 238-40.

Ishizaka M, Ohshima Y, e Tani T. (14 de setembro de 1995). Isolamento de ribozimas ativas de um pool de RNA de sequências aleatórias usando um substrato de RNA ancorado. Biochem Biophys Res Commun, 214, 403-9.

Peta, Ian e Jack Francis

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Fãs de Terry Pratchett, plantadores de árvores e cientistas de vez em quando (De Chelonian Mobile!)

Primeiramente publicado em 2 de abril de 1998