Um dos aspectos mais estranhos da vida na Terra - e possivelmente da vida em outras partes do cosmo - é uma característica que intriga tanto químicos como biólogos e físicos teóricos. Cada um dos blocos de construção moleculares da vida (aminoácidos e açúcares) tem um gêmeo - não idêntico, mas uma imagem espelhada. Assim como a sua mão direita espelha a sua esquerda, mas nunca se encaixará confortavelmente em uma luva canhota, os aminoácidos e os açúcares vêm nas versões direita e esquerda. Esse fenômeno de seleção da forma biológica é chamado de “quiralidade” - do grego para a lateralidade.
Na Terra, os aminoácidos característicos da vida são todos “canhotos” em forma, e não podem ser trocados por seu doppelgänger destro. Enquanto isso, todos os açúcares característicos da vida na Terra são “destros”. As mãos opostas para ambos os aminoácidos e açúcares existem no universo, mas elas simplesmente não são utilizadas por qualquer forma de vida biológica conhecida. (Algumas bactérias podem, na verdade, converter aminoácidos destros na versão canhota, mas não podem usar os destros como estão). Em outras palavras, tanto os açúcares quanto os aminoácidos da Terra são homoquirais: uma mão só. .
Há mais de 4 bilhões de anos, quando nosso planeta natal estava em sua juventude impetuosa e temperamental, tanto os blocos de construção biológicos quanto seus reflexos espelhados estavam presentes. De fato, ambos ainda coexistem na Terra hoje - não apenas na vida como a conhecemos. Certamente, se você preparar um lote de aminoácidos, açúcares ou suas moléculas precursoras em um laboratório, você sempre obterá uma mistura 50-50 de esquerda e direita. Mas de alguma forma, como a vida emergiu nos incontáveis milênios que se seguiram à formação da Terra, apenas os aminoácidos canhotos e os açúcares destros foram selecionados.
Moléculas quirais foram encontradas mesmo no espaço interestelar. Em uma descoberta histórica anunciada pelo Observatório Nacional de Radioastronomia, em junho, cientistas identificaram moléculas no centro da galáxia que poderiam ser usadas para construir os açúcares da mão direita e esquerda. Enquanto eles ainda não têm idéia se há mais de uma mão do que a outra, a descoberta prepara o terreno para novas experiências que possam iluminar mais sobre as origens da lateralidade.
As grandes questões ainda permanecem: como e por que a vida escolheu apenas um dos dois reflexos espelhados para construir cada criatura em seu zoológico? A vida exige que a homoquiralidade comece, ou existem formas de vida que usam tanto os elementos de construção terrestres como seus alter egos? As sementes da homoquiralidade se originaram nas profundezas do espaço interestelar, ou elas evoluíram aqui na Terra?
Imagem conceitual do OSIRIS-REx. (NASA / Goddard / Universidade do Arizona) Jason Dworkin, chefe do Laboratório de Astroquímica do Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, diz que um desafio para os cientistas que tentam responder a essas perguntas é que “a Terra primitiva se foi e temos uma série de evidências muito escassas de Quatro ou mais bilhões de anos de erupções vulcânicas, terremotos, bombardeio de meteoros e, é claro, a profunda influência geológica da própria vida transformaram o planeta de tal forma que é quase impossível saber como a Terra parecia quando a vida começou. É por isso que o grupo de pesquisa de Dworkin e muitos de seus colegas da NASA se concentram em meteoritos - os remanescentes de detritos espaciais que descem até o chão sólido.
"São cápsulas de tempo de 4, 5 bilhões de anos atrás", diz Dworkin. "Então, o que coletamos em meteoritos agora é muito semelhante ao que estava chovendo na Terra."
Dworkin também é o principal cientista do governo na missão OSIRIS-REx para o asteroide da Terra, Bennu. A missão, que será lançada em setembro deste ano, levará cerca de um ano para medir o asteróide para entender melhor como ele se move através do nosso sistema solar. Quando o tempo da espaçonave com Bennu acabar, ele coletará o prêmio final: uma amostra da superfície do asteróide, que a trará de volta à Terra no ano de 2023, para que os cientistas possam estudar sua composição química. "Tudo o que fazemos suporta obter essa amostra", diz Dworkin.
Os cientistas escolheram Bennu em parte por causa de sua semelhança com um tipo especial de meteorito que fornece uma pista intrigante (embora não conclusiva) sobre as origens da homoquiralidade. Muitos meteoritos contêm moléculas baseadas em carbono, incluindo aminoácidos e açúcares, que são os ingredientes certos para a vida. O grupo de Dworkin analisou a composição desses compostos “orgânicos” em dezenas de meteoritos e chegou a uma conclusão surpreendente. Muitas vezes, as versões esquerda e direita de, por exemplo, um aminoácido, eram encontradas em quantidades iguais - exatamente o que se poderia esperar. Mas em muitos casos, uma ou mais moléculas orgânicas foram encontradas com um excesso de uma mão, às vezes um excesso muito grande. Em cada um desses casos, e em todos os meteoritos estudados até agora por outros pesquisadores no campo, a molécula em excesso era o aminoácido canhoto que é encontrado exclusivamente na vida na Terra.
Dworkin diz que a amostra de Bennu pode fornecer evidências ainda mais fortes desse fenômeno. “Ao contrário dos meteoritos, que, um deles, caem no chão e depois são contaminados, e, dois, estão separados do corpo de seus pais”, com Bennu, os cientistas saberão exatamente de onde veio o asteróide da amostra. Eles estão tomando "medidas extraordinárias" para confirmar que nada da biologia da Terra pode contaminar a amostra. "Então, quando nós obtivermos esses excessos (esperançosos) de aminoácidos na amostra de Bennu em 2023, podemos estar confiantes de que não é por contaminação", diz Dworkin.
A evidência até agora dos meteoritos implica que talvez haja um meio de produzir homogeneidade sem vida. No entanto, Dworkin diz: "Não sabemos se a química que leva à homoquiralidade e vida veio de meteoritos, de processos na terra, ou talvez de ambos." Há também ainda a questão de como e por que esse excesso se desenvolveu em o meteorito ou seu pai asteróide ou no início da Terra, em primeiro lugar.
Hipóteses são abundantes. Por exemplo, a luz polarizada encontrada em nosso lado da galáxia pode destruir a versão destra de muitos aminoácidos por uma quantidade pequena, mas perceptível. O ligeiro excesso do aminoácido canhoto teria então de ser drasticamente amplificado para atingir os níveis encontrados nos organismos vivos da Terra.
É esse processo de amplificação que intriga Donna Blackmond, do Instituto de Pesquisa Scripps, em La Jolla, Califórnia. Blackmond tem estudado as potencialidades químicas da homoquiralidade durante quase toda a sua carreira. "Eu acho que vai ser uma combinação de processos químicos e físicos", diz ela. O grupo de Blackmond está atualmente tentando descobrir como as reações químicas que poderiam ter ocorrido na Terra primitiva podem ter sido influenciadas para produzir apenas os blocos de construção da vida. Em 2006, sua equipe mostrou que eles poderiam amplificar apenas a forma canhota de um aminoácido a partir de um pequeno excesso. Em 2011, eles mostraram que o aminoácido amplificado poderia ser usado para produzir um enorme excesso de um precursor do RNA, que é feito destro por um açúcar que está ligado a ele. (Acredita-se por muitos cientistas que o RNA é a molécula biológica original.) Blackmond e muitos outros químicos fizeram avanços nesse tipo de química, mas ainda estão longe de poder modelar todas as químicas e condições que possam existir. em um asteróide ou um planeta juvenil.
Blackmond também observa que está longe de claro que a vida precisa de homogeneidade total para começar. “Um verdadeiro extremo seria dizer que nada poderia acontecer até que tivéssemos um conjunto de blocos de construção completamente homoquirais, e acho que provavelmente é muito extremo”, diz ela. "Poderíamos começar a fazer polímeros do tipo informação" - como DNA e RNA - "possivelmente antes de termos homogeneidade". Por enquanto, tudo o que os cientistas podem fazer é continuar fazendo perguntas sobre moléculas aqui na Terra e nos corpos celestes que nos cercam. Na esperança de desbloquear mais uma peça deste quebra-cabeça, os pesquisadores estão agora desenvolvendo novas tecnologias para determinar se há excessos de uma mão no espaço interestelar.
Enquanto isso, a vida na Terra continuará, misteriosa e assimétrica como sempre.
