Um estudo feito por Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) em fa­sicos de Munique demonstra que as caracteri­sticas fundamentais das lanãculas mopolimanãricas, como sua composição de subunidades, são suficientes para desencadear processos de seleção em um cena¡rio prebia³tico plausa­vel.

Antes do surgimento da vida na Terra, muitos processos fa­sico-químicos em nosso planeta eram altamente caa³ticos. Uma infinidade de pequenos compostos e polímeros de vários comprimentos, feitos de subunidades (como as bases encontradas no DNA e no RNA), estavam presentes em todas as combinações conceba­veis. Antes que processos químicos semelhantes a  vida pudessem surgir, onívelde caos nesses sistemas teve de ser reduzido. Em um novo estudo, os fa­sicos LMU liderados por Dieter Braun mostram que as caracteri­sticas ba¡sicas de polímeros simples, juntamente com certos aspectos do ambiente pré-bia³tico, podem dar origem a processos de seleção que reduzem a desordem.

Em publicações anteriores, o grupo de pesquisa de Braun explorou como a ordem espacial poderia ter se desenvolvido em ca¢maras estreitas e cheias de águaem rochas vulcânica s porosas no fundo do mar. Esses estudos mostraram que, na presença de diferenças de temperatura e de um fena´meno convectivo conhecido como efeito Soret, os filamentos de RNA poderiam ser acumulados localmente em várias ordens de magnitude de uma maneira dependente do comprimento. “O problema éque as sequaªncias de bases das moléculas mais longas obtidas são totalmente caa³ticas”, diz Braun.

As ribozimas evolua­das (enzimas baseadas em RNA) tem uma sequaªncia de bases muito especa­fica que permite que as moléculas se dobrem em formas particulares, enquanto a grande maioria dos oliga´meros formados na Terra Primitiva provavelmente tinham sequaªncias aleata³rias. "O número total de possa­veis sequaªncias de base, conhecido como 'Espaço de sequaªncia", éincrivelmente grande ", diz Patrick Kudella, primeiro autor do novo relatório." Isso torna praticamente impossí­vel montar as estruturas complexas caracteri­sticas de ribozimas funcionais ou compara¡veis moléculas por um processo puramente aleata³rio. "Isso levou a equipe do LMU a suspeitar que a extensão das moléculas para formar 'oliga´meros' maiores estava sujeita a algum tipo de mecanismo de pré-seleção.

Na anãpoca da origem da vida, havia apenas alguns processos fa­sicos e químicos muito simples em comparação com os sofisticados mecanismos de replicação das células, de modo que a seleção de sequaªncias deve ser baseada no ambiente e nas propriedades dos oliga´meros. a‰ aa­ que entra a pesquisa do grupo de Braun. Para a função catala­tica e estabilidade dos oliga´meros, éimportante que eles formem fitas duplas como a conhecida estrutura helicoidal do DNA. Esta éuma propriedade elementar de muitos polímeros e permite complexos com partes de fita simples e dupla. As partes de fita simples podem ser reconstrua­das por dois processos. Primeiro, pela chamada polimerização, em que os fios são completados por bases simples para formar os fios duplos completos. A outra épelo que éconhecido como ligadura. Nesse processo, oliga´meros mais longos são unidos.

 

"Nosso experimento comea§a com um grande número de fitas curtas de DNA, e em nosso sistema modelo para os primeiros oliga´meros, usamos apenas duas bases complementares, adenina e timina", diz Braun. "Assumimos que a ligação de fitas com sequaªncias aleata³rias leva a  formação de fitas mais longas, cujas sequaªncias de bases são menos caa³ticas." O grupo de Braun então analisou as misturas de sequaªncias produzidas nesses experimentos usando um manãtodo que também éusado na análise do genoma humano. O teste confirmou que a entropia da sequaªncia, ou seja, o grau de desordem ou aleatoriedade dentro das sequaªncias recuperadas, foi de fato reduzida nesses experimentos.

Os pesquisadores também foram capazes de identificar as causas dessa ordem "autogerada". Eles descobriram que a maioria das sequaªncias obtidas se enquadrava em duas classes - com composições de base de 70% de adenina e 30% de timina ou vice-versa. "Com uma proporção significativamente maior de uma das duas bases, o fio não pode dobrar sobre si mesmo e permanece como um parceiro de reação para a ligadura", explica Braun. Assim, dificilmente quaisquer fios com metade de cada uma das duas bases são formados na reação. "Tambanãm vemos como pequenas distorções na composição do pool de DNA curto deixam padraµes distintos de motivos dependentes da posição, especialmente em longas fitas de produto", disse Braun. O resultado surpreendeu os pesquisadores, pois um fio de apenas duas bases diferentes com uma relação de base especa­fica tem maneiras limitadas de se diferenciar.

Os experimentos mostram que as caracteri­sticas mais simples e fundamentais dos oliga´meros e de seu ambiente podem fornecer a base para processos seletivos. Mesmo em um sistema de modelo simplificado, vários mecanismos de seleção podem entrar em ação, os quais tem impacto no crescimento do fio em diferentes escalas de comprimento e são o resultado de diferentes combinações de fatores. De acordo com Braun, esses mecanismos de seleção eram um pré-requisito para a formação de complexos cataliticamente ativos, como as ribozimas, e, portanto, desempenhavam um papel importante no surgimento da vida do caos.