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Como os raios cósmicos podem ter moldado a vida
Os físicos propõem que a influência dos raios cósmicos no início da vida possa explicar a preferência da natureza por uma
Por Taylor Kubota - 21/05/2020

Antes que houvesse animais, bactérias ou mesmo DNA na Terra, as moléculas auto-replicantes estavam evoluindo lentamente da matéria simples para a vida, sob uma chuva constante de partículas energéticas do espaço.

A radiação magnetizada polarizada ionizou preferencialmente um tipo de
“entrega”, levando a uma taxa de mutação ligeiramente diferente entre
as duas formas de proto-vida do espelho. Com o tempo, as moléculas
destros evoluíram mais que as contrapartes esquerdas.
(Crédito da imagem: Fundação Simons)

Em um novo artigo, um professor de Stanford e um ex-estudioso de pós-doutorado especulam que essa interação entre proto-organismos antigos e raios cósmicos pode ser responsável por uma preferência estrutural crucial, chamada quiralidade, nas moléculas biológicas. Se a ideia deles estiver correta, isso sugere que toda a vida em todo o universo poderia compartilhar a mesma preferência quiral.

Quiralidade, também conhecida como destreza, é a existência de versões espelhadas de moléculas. Como a mão esquerda e a direita, duas formas quirais de uma única molécula se refletem em forma, mas não se alinham se empilhadas. Em todas as principais biomoléculas - aminoácidos, DNA, RNA - a vida usa apenas uma forma de entrega molecular. Se a versão espelhada de uma molécula for substituída pela versão regular dentro de um sistema biológico, o sistema geralmente funcionará mal ou deixará de funcionar completamente. No caso do DNA, um único açúcar injustificado atrapalharia a estrutura helicoidal estável da molécula.

Louis Pasteur descobriu essa homochiralidade biológica pela primeira vez em 1848. Desde então, os cientistas debatem se a disposição da vida era dirigida por acaso ou por alguma influência determinística desconhecida. Pasteur levantou a hipótese de que, se a vida é assimétrica, pode ser devido a uma assimetria nas interações fundamentais da física que existem ao longo do cosmos.

"Essa ideia conecta a física fundamental e a origem da vida", disse Blandford, que também é Stanford e professor de física de física e partículas do SLAC e ex-diretor da KIPAC. "Independentemente de estar correto ou não, fazer uma ponte entre esses campos muito diferentes é emocionante e um experimento bem-sucedido deve ser interessante."


"Propomos que a capacidade biológica que testemunhamos agora na Terra se deva à evolução em meio à radiação magneticamente polarizada, onde uma pequena diferença na taxa de mutação pode ter promovido a evolução da vida baseada no DNA, em vez de sua imagem no espelho", disse Noémie Globus , principal autor do artigo e ex-companheiro de Koret no Instituto Kavli de Astrofísica e Cosmologia de Partículas (KIPAC).

Em seu artigo, publicado em 20 de maio no Astrophysical Journal Letters , os pesquisadores detalham seu argumento a favor dos raios cósmicos como a origem da homociralidade. Eles também discutem experimentos em potencial para testar suas hipóteses.

Polarização magnética do espaço

Os raios cósmicos são uma forma abundante de radiação de alta energia que se origina de várias fontes em todo o universo, incluindo estrelas e galáxias distantes. Depois de atingir a atmosfera da Terra, os raios cósmicos acabam se degradando em partículas fundamentais. No nível do solo, a maioria dos raios cósmicos existe apenas como partículas conhecidas como múons.

Os múons são partículas instáveis, que existem por meros 2 milionésimos de segundo, mas como viajam perto da velocidade da luz, foram detectados a mais de 700 metros abaixo da superfície da Terra. Eles também são polarizados magneticamente, o que significa que, em média, os múons compartilham a mesma orientação magnética. Quando os múons finalmente decaem, eles produzem elétrons com a mesma polarização magnética. Os pesquisadores acreditam que a capacidade penetrante do múon permite que ele e seus elétrons filhas afetem potencialmente as moléculas quirais na Terra e em qualquer outro lugar do universo.

"Somos irradiados o tempo todo por raios cósmicos", explicou Globus, atualmente pesquisador de pós-doutorado na Universidade de Nova York e no Instituto Flatiron da Simons Foundation. “Seus efeitos são pequenos, mas constantes em todos os lugares do planeta onde a vida pode evoluir, e a polarização magnética dos múons e elétrons é sempre a mesma. E mesmo em outros planetas, os raios cósmicos teriam os mesmos efeitos. ”

A hipótese dos pesquisadores é que, no início da vida na Terra, essa radiação constante e consistente afetou a evolução das duas formas de vida espelhadas de maneiras diferentes, ajudando uma a prevalecer sobre a outra. Essas pequenas diferenças na taxa de mutação teriam sido mais significativas quando a vida estava começando e as moléculas envolvidas eram muito simples e mais frágeis. Nessas circunstâncias, a influência quiral pequena, mas persistente, dos raios cósmicos poderia ter, ao longo de bilhões de gerações de evolução, produzido o poder biológico único que vemos hoje.

"Isso é um pouco como uma roleta em Las Vegas, onde você pode criar uma leve preferência pelos bolsos vermelhos, em vez dos pretos", disse Roger Blandford , professor Luke Blossom na Escola de Humanidades e Ciências de Stanford e um autor no papel. “Jogue alguns jogos, você nunca notaria. Mas se você jogar com esta roleta por muitos anos, quem apostar habitualmente no vermelho ganhará dinheiro e quem apostar no preto perderá e desaparecerá. ”

Pronto para ser surpreendido

Globus e Blandford sugerem experimentos que podem ajudar a provar ou refutar sua hipótese de raios cósmicos. Por exemplo, eles gostariam de testar como as bactérias respondem à radiação com diferentes polarizações magnéticas.

“Experiências como essa nunca foram realizadas e estou animado para ver o que elas nos ensinam. Surpreendentemente, as surpresas vêm de trabalhos adicionais sobre temas interdisciplinares ”, afirmou Globus.

Os pesquisadores também esperam amostras orgânicas de cometas, asteróides ou Marte para ver se eles também exibem um viés quiral.

"Essa ideia conecta a física fundamental e a origem da vida", disse Blandford, que também é Stanford e professor de física de física e partículas do SLAC e ex-diretor da KIPAC. "Independentemente de estar correto ou não, fazer uma ponte entre esses campos muito diferentes é emocionante e um experimento bem-sucedido deve ser interessante."

Esta pesquisa foi financiada pela Fundação Koret, Universidade de Nova York e Fundação Simons.

 

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