Cento e cinquenta anos atrás, Charles Darwin especulou que a vida provavelmente se originou em um pequeno lago quente. Lá, supôs Darwin, as reações químicas e o estranho relâmpago podem ter levado a cadeias de aminoácidos que, com o tempo, tornaram-se cada vez mais complexas até o surgimento da vida.

Desde então, os pesquisadores investigaram esse tipo de química pré-vida ou "pré-biótica", tentando descobrir os caminhos químicos que poderiam ter levado de uma piscina cheia de aminoácidos simples a bactérias, sequóias e pessoas. Após uma série de experimentos, o Ph.D. em engenharia química da Universidade de Wisconsin-Madison. A estudante Hayley Boigenzahn e John Yin, professor de engenharia química e biológica e membro fundador do Wisconsin Institute for Discovery, podem explicar como um dos primeiros passos potencialmente cruciais no caminho da vida poderia ter acontecido. Eles publicaram suas descobertas na revista Origins of Life and Evolution of Biospheres .

Em um famoso estudo de 1952 chamado experimento de Miller-Urey, os pesquisadores simularam as condições que se pensava estarem presentes na Terra pré-biótica, incluindo certas proporções de água, metano, hidrogênio e outros elementos. Quando eletrocutados para simular raios, os pesquisadores descobriram que a reação produzia aminoácidos, sugerindo que essas moléculas estavam amplamente presentes na Terra pré-biótica.

"Sabemos que os aminoácidos são os blocos de construção das proteínas e as proteínas são essenciais para a vida", diz Yin. "Na química pré-biótica, sempre foi uma questão de como poderíamos fazer com que essas coisas formassem ligações e cordas de uma maneira que pudesse eventualmente levar a uma célula viva. A questão é difícil porque a química específica envolvida é aquela que tende a falhar na presença de água”.

Em seu experimento, Boigenzahn investigou se é possível que esses aminoácidos possam ter se reunido durante períodos de mudança ambiental – por exemplo, quando uma poça de água evapora. Na presença de um ativador químico, esses aminoácidos podem se unir em peptídeos ou cadeias curtas de aminoácidos.

Para estudar como os aminoácidos podem formar ligações durante o processo de secagem, Boigenzahn criou soluções do aminoácido glicina e trimetafosfato, um ativador que é criado naturalmente durante processos vulcânicos. Usando um aquecedor para evaporar a solução, Boigenzahn observou o que acontecia com os aminoácidos durante 24 horas.

O que ela descobriu foi um processo de dois estágios. No primeiro estágio, quando o pH da solução era alcalino, a glicina se combinava em duas unidades moleculares chamadas dímeros, que também produziam prótons, tornando o pH da solução neutro. Na segunda etapa, à medida que ocorre a evaporação, os dímeros começam a se unir para formar cadeias peptídicas mais longas, denominadas oligoglicina.

É fácil imaginar um cenário em que os aminoácidos em uma fonte termal aquecida vulcanicamente contendo um ativador primeiro se combinam em dímeros. Então, conforme a água evapora e sua química muda, os dímeros se unem e começam a se formar em cadeias mais longas de aminoácidos .

"O que estamos mostrando aqui é que não precisa necessariamente ser o mesmo ambiente em todas as reações", diz Boigenzahn. “Eles podem ocorrer em diferentes ambientes , desde que as reações que estão ocorrendo ajudem a criar um ambiente benéfico para as próximas etapas”.

Através de múltiplos ciclos úmido-seco, é possível que as cadeias peptídicas tenham crescido cada vez mais. Eventualmente, eles poderiam ter começado a se dobrar, formando enzimas ou proteínas que catalisam reações químicas . Isso poderia preparar o terreno para proteínas mais complexas e o início do metabolismo.

Boigenzahn e Yin dizem que levará muito tempo até que os pesquisadores descubram um possível caminho desde o pequeno lago quente de Darwin até o início da vida. Mas, especialmente para engenheiros químicos , o esforço de estudar a química pré-biótica pode ter grandes recompensas.

"Se você realmente entender essa química, que é diferente da biologia tradicional, eventualmente poderá criar sistemas químicos capazes de armazenar informações, adaptar-se e evoluir", diz Yin. "O DNA armazena informações em milhares de vezes a densidade de um chip de computador. Se pudéssemos obter sistemas que fazem isso sem necessariamente serem células vivas, então você começa a pensar em todos os tipos de novas funções e processos ocorrendo no nível molecular."