Desvendar e compreender a origem da vida é, sem dúvida, uma das missões mais atraentes para a humanidade. Hipóteses defendem o surgimento da vida em outro lugar do Universo, ou defendem o surgimento de moléculas mais complexas a partir da união de moléculas simples, pela ação da energia fornecida por descargas elétricas. Mas a vida na Terra é um acaso? Um golpe de sorte? Ou a vida é tão natural quanto as leis universais da física?

O biofísico Jeremy England, professor no MIT (Massachusetts Institute of Technology), propôs em 2013 uma nova teoria que projeta a ideia de origem da vida como um resultado inevitável da termodinâmica. Suas equações sugeriram que, sob certas condições, grupos de átomos se reestruturam naturalmente para queimar mais e mais energia, facilitando a dispersão incessante do que foi queimado e o surgimento de entropia, ou desordem, no universo.

O físico afirmou que esse efeito de reestruturação, que ele chama de adaptação orientada para a dissipação, promove o crescimento de estruturas complexas, incluindo seres vivos. “A existência da vida não é um mistério ou um momento de sorte, mas, em vez isso, segue princípios físicos gerais que deveriam ser tão óbvios quanto o fato de que as rochas rolam para baixo”, diz England.

Desde então, England, vem testando partes de sua ideia em simulações nos computadores. Os dois estudos mais significativos dentre os que England operou foram publicados em julho de 2017 – o resultado mais marcante ocupou páginas da Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) e o outro pode ser encontrado na Physical Review Letters (PRL). Os resultados de ambos os experimentos parecem apoiar a tese geral de England sobre a adaptação orientada para a dissipação, embora as implicações na vida real sigam sendo especuladas.

A física e a auto-replicação

Quando energia é aplicada a um sistema, as leis da física ditam como essa energia se dissipa. Se uma fonte de calor externa for aplicada a esse sistema, ela se dissipará e alcançará o equilíbrio térmico com seus arredores, como uma xícara de café resfriada deixada em uma mesa.

A entropia, ou a quantidade de desordem no sistema, aumentará à medida que o calor dissipa. Mas alguns sistemas físicos podem estar suficientemente fora de equilíbrio para se “auto-organizar” para fazer o melhor uso de uma fonte de energia externa, desencadeando reações químicas autossustentadas que impedem o sistema de alcançar o equilíbrio termodinâmico e, portanto, mantendo um estado fora de equilíbrio, especula England.

É como se aquela xícara de café produza espontaneamente uma reação química que sustente um ponto quente no centro do fluido, evitando que o café esfriasse para um estado de equilíbrio. Ele chama essa situação de “adaptação orientada para a dissipação” e esse mecanismo é o que transmite atributos para vida no sistema físico de England que, de outra, estaria sem forma de vida.

“Isto significa que os aglomerados de átomos rodeados por um banho de certa temperatura, como a atmosfera ou o oceano, devem tender, ao longo do tempo, a se organizarem para repercutir melhor com as fontes de trabalho mecânicas, eletromagnéticas ou químicas nos seus ambientes”, England explica.

Um comportamento chave para um atributo de vida é a auto-replicação. A auto-replicação (ou reprodução, em termos biológicos), é o processo que move a evolução da vida na Terra. É um mecanismo pelo qual um sistema pode dissipar uma ascendente quantidade de energia ao longo do tempo.

Como England cita, “uma boa forma de se dissipar é fazendo cópias de si mesmo”. Em um paper para Journal of Chemical Physics, ele informou o mínimo teórico para que a dissipação possa ocorrer durante a auto-replicação das moléculas de RNA e das células bacterianas, e mostrou que é muito perto dos reais valores de dissipação que esses sistemas podem ter enquanto replicam. Ele também mostrou que o RNA, o ácido nucleico, que muitos cientistas acreditam que serviu como precursor do DNA, é particularmente um material simples e “barato”.

Uma vez que o RNA surgiu, ele argumenta, a sua “aquisição darwiniana” não foi, talvez, surpreendente. A química da sopa pré-biótica, mutações aleatórias, geografia, eventos catastróficos e outros inúmeros fatores contribuíram para os detalhes da diversidade das fauna e flora do planeta. Mas, de acordo com a teoria de England, o princípio subjacente que conduz todo o processo é resultado da adaptação orientada à dissipação da matéria.

Além da auto-replicação, a organização estrutural é outro meio pelo qual os sistemas são fortemente impulsionados para dissipar energia. Uma planta, por exemplo, é melhor em capturar e rotear a energia solar através de si que um aglomerado de átomos de Carbono não estruturados. Assim, England argumenta que, sob certas condições, a matéria irá espontaneamente se auto-organizar.

Essa tendência poderia explicar a ordem interna dos seres-vivos e de muitas estruturas inanimadas. “Flocos de neve, dunas de areia e vórtices turbulentos, todos têm em comum que são estruturas definitivamente moldadas que surgem em muitos sistemas de partículas conduzidos por um processo dissipativo”, ele diz. Condensação, vento e resistência do ar são relevantes processos nesses casos particulares.

Esse princípio também se aplicaria à matéria inanimada. “É muito tentador especular os fenômenos da natureza, nós podemos, agora, caber nessa grande tenda de organização e adaptação pela dissipação-condução”, England diz. “Muitos exemplos como esse poderiam estar bem debaixo do nosso nariz, mas não os notamos porque não temos estado a observá-los”.

No estudo publicado na revista Proceedings of the National Academy of Sciences, England e o coautor Jordan Horowitz testaram a hipótese. Eles realizaram simulações em computador usando um sistema fechado (ou um sistema que não troca calor ou matéria com seus arredores) contendo uma “sopa” de 25 produtos químicos.

Embora sua configuração seja muito simples, um tipo similar de sopa pode ter sido produzido na superfície da Terra primordial e sem vida. Se, digamos, esses produtos químicos são concentrados e aquecidos por uma fonte externa — um respiradouro hidrotermal, por exemplo — o conjunto de produtos químicos precisaria dissipar esse calor de acordo com a segunda lei da termodinâmica. O calor pode se dissipar e a entropia do sistema inevitavelmente aumentará.

Sob determinadas condições iniciais, ele descobriu que esses produtos químicos podem otimizar a energia aplicada ao sistema auto-organizando e sofrendo reações intensas até a auto-replicação.

Os produtos químicos se ajustaram naturalmente. Essas reações geram calor que obedece à segunda lei da termodinâmica; a entropia sempre aumentará no sistema e os produtos químicos se auto-organizam e exibem o comportamento de auto-replicação semelhante à vida.

“Essencialmente, o sistema tenta um monte de coisas em pequena escala, e uma vez que uma delas começa a receber feedback positivo, não demora muito para assumir o caráter de organização no sistema”, disse England em entrevista ao site LiveScience.

Este é um modelo muito simples do que se passa na biologia: a energia química é queimada em células que estão — por sua natureza — fora do equilíbrio, conduzindo os processos metabólicos que mantêm a vida.

Mas, como England admite, há uma grande diferença entre encontrar atributos de vida em uma sopa química virtual e a própria vida.

Sara Imari Walker, física teórica e astrobióloga da Universidade do Estado do Arizona, que não esteve envolvida na pesquisa atual, concorda.

“Há uma ponte de dois sentidos que precisa ser cruzada para tentar a conexão entre biologia e física; um caminho é entender como se obtém qualidades semelhantes à vida a partir de sistemas físicos simples e o outro é entender como a física pode dar origem à vida”, disse Imari Walker à LiveScience

“Você precisa seguir os dois para entender realmente quais propriedades são únicas para a vida e quais propriedades são características de coisas que você considera estar quase vivas […] como um sistema pré-biótico”

“Se, quando você diz vida, você quer dizer coisas tão impressionantes como uma bactéria ou qualquer outra coisa com polimerases e DNA, meu trabalho ainda não nos diz nada sobre o quão fácil ou difícil é fazer algo complexo, então eu não deveria especular sobre o que é provável que encontremos em outro lugar senão a Terra”, disse England. As polimerases são proteínas que compõem DNA e RNA.

Ter um princípio fundamental da vida evolução daria a pesquisadores uma perspectiva mais ampla sobre o surgimento da estrutura e a sua função nos seres-vivos, muitos dos pesquisadores dizem. “A seleção natural não explica certas características”, diz Ard Louis, um biofísico da Universidade de Oxford, em um e-mail. Essas características incluem uma mudança hereditária para a expressão genética chamada “metilação”, o aumento da complexidade na ausência da seleção natural, e certas mudanças moleculares que ele recentemente estudou.

Se a abordagem de England continuar sendo testada, ela poderá liberar mais ainda os biólogos e fazer com que eles busquem mais a explicação darwinista para todas as adaptações e permitir com que eles pensem mais de modo geral, em termos da organização orientada pela dissipação.

Segundo a diretora do laboratório de Biofísica Experimental em Harvard, Mara Prentiss “As pessoas muitas vezes ficam presas pensando sobre seus problemas individuais. Querendo ou não, as ideias de England virão a ser exatamente certas, pensar de forma mais ampla fará com que muitas descobertas científicas sejam feitas”

Fonte: https://www.livescience.com/

https://universoracionalista.org/uma-nova-teoria-para-a-origem-da-vida/

https://ciencianautas.com/a-origem-da-vida-foi-uma-casualidade-ou-leis-dah

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