Cientistas criam RNA que evolui sozinho. Pode ser assim que a vida na Terra começou

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Créditos: Dr. Microbe / iStock / Getty Images Plus.

Por Mike McRae
Publicado na ScienceAlert

Acabamos de obter mais evidências de que a vida na Terra pode ter começado com RNA, com cientistas no Japão criando RNA que pode replicar, diversificar e desenvolver complexidade por conta própria.

Muito antes da Terra ter suas primeiras células da sopa primordial, ela estava inundada com uma sopa orgânica agitada que estava à beira de algo complexo.

Essa linha tênue entre a química complexa e a evolução da vida representa um momento crucial no surgimento da biologia. Infelizmente, apesar de toda a sua importância, sabemos muito poucos detalhes sobre exatamente como isso aconteceu.

Um experimento conduzido por cientistas da Universidade de Tóquio agora reforçou a visão de que os talentos únicos do RNA têm o que é preciso para explicar como a vida surgiu bilhões de anos atrás, apoiando o que é conhecido como a hipótese do ‘mundo do RNA‘.

Mas a pesquisa também mostra que isso pode não ter acontecido exatamente como pensávamos.

Seu trabalho mostra como uma molécula que permanece crucial para a sobrevivência e reprodução de todos os seres vivos hoje pode avançar em direção a um sistema em evolução se trabalhar em equipe.

“Descobrimos que a única espécie de RNA evoluiu para um sistema de replicação complexo: uma rede replicadora composta por cinco tipos de RNAs com diversas interações, apoiando a plausibilidade de um cenário de transição evolutiva há muito tempo previsto”, disse o biólogo evolutivo Ryo Mizuuchi.

Vista em sua essência mais básica, a vida é composta de moléculas que podem fazer cópias imperfeitas de si mesmas, produzindo uma população virtualmente ilimitada de variantes que podem (ou não) mantê-la unida por tempo suficiente para fazer cópias.

A busca pela origem da vida tem sido, na verdade, uma busca por candidatos que possam realizar essa tarefa de replicação sem um elenco de apoio de materiais orgânicos altamente especializados, como DNA ou proteínas, para auxiliar.

O RNA tem sido um pioneiro nesta busca. É onipresente em toda a biosfera hoje, poderia estar presente na Terra antiga como resultado de processos não biológicos, pode preservar uma grande quantidade de informações e atuar como uma unidade física dinâmica.

Isso significa que poderia criar estruturas que podem construir fisicamente novas moléculas que podem, por sua vez, construir novas estruturas. Se esse processo for imperfeito, algumas das estruturas ‘replicadoras’ farão o trabalho mais rápido ou mais eficientemente do que outras, tornando-se a forma dominante de RNA… pelo menos, até que algo ainda melhor apareça.

Por mais atraente que seja essa ideia, sabemos há décadas que unidades autoconstruídas de moléculas de RNA individuais são muito simples e instáveis ​​para esse cenário. Mesmo seu irmão desoxigenado, o DNA, carece de brio para se manter unido por tempo suficiente para que a seleção natural comece a decolar.

Isso não significa que várias vertentes atuando como uma equipe não possam realizar o trabalho. Ter um punhado de unidades replicáveis diferentes atuando em nível populacional pode resolver facilmente esse problema de informação.

Vários replicadores foram projetados em torno de RNA, DNA e até proteínas para mostrar como isso pode funcionar de maneira viável, com os pesquisadores se esforçando para construir uma funcionalidade que permita que as estruturas das moléculas cooperem e façam cópias em uma taxa razoável.

Embora eles possam sustentar a replicação, até agora nenhum se tornou mais complexo ao longo do tempo, deixando em aberto a questão de saber se o RNA é capaz de evoluir.

A equipe de Mizuuchi desvendou o design correto das moléculas de RNA para criar moléculas replicadoras individuais que podem operar coletivamente não apenas para preservar informações e mudar ao longo do tempo, mas para fazer isso de tal forma que a solução se torne mais complexa ao longo de sucessivas gerações.

Seu experimento usou extensões clonadas de RNA em gotículas de água suspensas em óleo que passaram por mais de cem ciclos de replicação, com cada ciclo sendo testado e analisado.

“Honestamente, inicialmente duvidamos que RNAs tão diversos pudessem evoluir e coexistir”, disse Mizuuchi. “Na biologia evolutiva, o ‘princípio da exclusão competitiva’ afirma que mais de uma espécie não pode coexistir se estiverem competindo pelos mesmos recursos. Isso significa que as moléculas devem estabelecer uma maneira de usar diferentes recursos um após o outro para uma diversificação sustentável. Elas são apenas moléculas, então nos perguntamos se seria possível que espécies químicas não vivas desenvolvessem espontaneamente tal inovação”.

A prova de conceito demonstra que isso é possível, desde que o RNA não compita entre si por recursos, mas dependa um do outro de uma relação parasita-hospedeiro. Se mesmo um replicador de RNA for removido, os outros serão extintos.

Embora possamos estar mais confiantes de que um cenário de ‘mundo de RNA’ é plausível, ele fica aquém de mostrar que é assim que a vida floresceu na Terra bilhões de anos atrás. Para isso, precisaríamos de diversos corpos de evidência, da geologia à astrofísica, para construir um caso convincente.

No entanto, é um sólido passo à frente em nossa busca por modelos químicos de evolução capazes de transformar a sopa primordial em uma deslumbrante variedade de biodiversidade que continua a se tornar mais complexa até hoje.

Esta pesquisa foi publicada na Nature Communications.