Novo estudo revisita o experimento Miller-Urey ao nível quântico

This News Exclusive was originally published in English on Sep 9, 2014. This translation for the Portuguese edition of Astrobiology magazine was provided by Bruno Martini. The original article is available here.


 

Miller's famous spark discharge experiment was designed to mimic lightning and the atmosphere of early Earth.

O famoso experimento com faíscas de descarga elétrica designado para imitar os raios e a atmosfera da antiga Terra.

Pela primeira vez, os pesquisadores reproduziram os resultados do experimento de Miller-Urey em uma simulação de computador, produzindo uma nova visão do efeito da eletricidade na formação dos blocos de construção da vida ao nível quântico.

Em 1953 o químico americano Stanley Miller tornou famosa uma simples mistura eletrificada de gás e água para simular os raios e a atmosfera da antiga Terra. O experimento revolucionário – que rendeu uma sopa amarronzada de aminoácidos – ofereceu um simples e potencial cenário para a origem dos blocos de construção da vida.  O trabalho de Miller deu origem à moderna pesquisa sobre a química pré-biótica e as origens da vida.

Pelos últimos 60 anos os cientistas investigaram outras possíveis fontes de energia para a formação dos blocos de construção da vida, incluindo a luz ultravioleta, impactos de meteoritos e fontes hidrotermais de mar profundo.

Stanley Miller, 1999 Credit: James A. Sugar

Stanley Miller, 1999. Crédito: James A. Sugar

Nesse novo estudo, Antonino Marco Saitta, da Université Pierre et Marie Curie, Sorbonne, em Paris, França e seus colegas queriam revisitar os resultados de Miller com campos elétricos, mas de uma perspectiva quântica.

Saitta e o co-autor do estudo Franz Saija, dois físicos teóricos, recentemente aplicaram um novo modelo quântico para estudar os efeitos dos campos elétricos na água, o que nunca foi feito antes. Depois de se depararem com um documentário sobre o trabalho de Miller, eles se perguntaram se uma abordagem quântica poderia funcionar para o famoso experimento de descarga de faíscas elétricas.

O método também permitiria a eles seguir átomos e moléculas individuais através do espaço e do tempo – e talvez leve a novas ideias sobre o papel da eletricidade no trabalho de Miller.

‘O espírito do nosso trabalho era mostrar que o campo elétrico é parte dele’, disse Saitta, ‘sem necessariamente envolver raios ou uma faísca’.

Seus resultados foram publicados esta semana no jornal científico Proceedings of the National Academy of Sciences.

Uma Rota Alternativa

Como no experimento original de Miller, Saitta e Saija submeteram uma mistura de moléculas contendo átomos de carbono, nitrogênio, oxigênio e hidrogênio a um campo elétrico. Como esperado, a simulação produziu glicina, uma aminoácido que é um dos mais simples blocos de construção das proteínas e um dos produtos mais abundantes do experimento original de Miller.

Mas a abordagem deles também produziu alguns resultados inesperados. Em particular, o modelo deles sugeriu que a formação de aminoácidos no cenário de Miller pode ter ocorrido através de um caminho químico mais complexo do que previamente imaginado.

Um intermediário típico na formação de aminoácidos é a pequena molécula de formaldeído. Mas a simulação deles mostrou que quando submetida a um campo elétrico, a reação favoreceu um intermediário diferente, a molécula formamida.

Acontece que a formamida poderia não apenas ter desempenhado um papel crucial na formação dos blocos de construção da vida na Terra, mas também em outros lugares.

‘Não estávamos procurando por ela, ou esperando por ela’, disse Saitta. ‘Apenas aprendemos após o fato, ao revisar a literatura científica, que esta é uma importante pista na química pré-biótica.’

Por exemplo, a formamida mostrou recentemente ser um ingrediente-chave para criar alguns dos blocos de construção do RNA, notavelmente a guanina, na presença de luz ultravioleta.

A typical intermediate in the formation of amino acids is the small molecule formaldehyde.

Formaldeído – um típico intermediário na formação dos aminoácidos.

A formamida foi recentemente observada no espaço – notavelmente em um cometa e em uma protoestrela semelhante à do Sol. Pesquisas anteriores também mostraram que formamidas podem se formar quanto cometas ou asteroides impactam a Terra.

‘A possibilidade de novas rotas para criar aminoácidos sem um formaldeído intermediário é nova e está ganhando espaço, especialmente em contextos extraterrestres’, escreveram os autores. ‘A presença de formamida pode ser a assinatura mais informativa de aminoácidos abióticos terrestres e extraterrestres.’

No entanto, Jeff Bada, que foi um estudante de pós-graduação do Miller nos anos de 1960 e fez sua carreira trabalhando na origem da vida, permanece cético sobre os resultados e a abordagem teórica deles.

‘O modelo deles pode não ter representado significativamente o que acontece em uma solução’, ele afirma. ‘Sabemos que há um monte de formaldeídos criados no experimento da faísca de descarga elétrica. Eu não acho que a reação de formamida seria significante em comparação com a reação tradicional.’

‘Mas Saitta aponta que a formamida é muito instável, então ela pode não durar tempo suficiente para ser observada nos experimentos reais de Miller. ‘Em nossa simulação, a formamida sempre se formou espontaneamente. E era um tipo de cadinho (prova severa) – ela tanto se quebraria em água e cianeto de hidrogênio, quanto se combinaria com outras moléculas e formaria o aminoácido glicina.’

Origem da Vida – nas Rochas?

Outra ideia chave do estudo deles é que a formação de alguns blocos de construção da vida pode ter ocorrido em superfícies minerais, uma vez que a maioria tem fortes campos elétricos naturais.

their model suggested that the formation of amino acids in the Miller scenario might have occurred via a more complex chemical pathway than previously thought.

Formaldeído – no modelo de computador deles, a reação favoreceu este intermediário mais complexo

‘Os campos elétricos de superfícies minerais podem ser facilmente de 10 a 20 vezes maiores que aquele no nosso estudo’, disse Saitta. ‘O problema é que ele apenas age com um alcance muito curto. Então para sentir os efeitos, as moléculas teriam de estar muito próximas da superfície.’

‘Eu penso que este trabalho é de grande significância’, afirmou François Guyot, um geoquímico do French Museum of Natural History (Museu Francês de História Natural).

‘A respeito das superfícies minerais, fortes campos elétricos sem dúvida existem em sua proximidade imediata. E por conta de seu forte papel na reatividade de moléculas orgânicas, eles podem aumentar a formação de moléculas mais complexas por um mecanismo distinto da concentração geotérmica de espécies reativas, o mecanismo que é frequentemente proposto quando superfícies minerais são invocadas para explicar a formação das primeiras biomoléculas’.

Uma das principais hipóteses no campo da origem da vida sugere que importantes reações pré-bióticas podem ter ocorrido em superfícies minerais. Mas até então os cientistas não compreendem completamente o mecanismo por trás dela.

‘Ninguém realmente olhou para os campos elétricos nas superfícies minerais’, afirmou Saitta. ‘Meu sentimento é que provavelmente há alguma coisa para se explorar lá.’

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