Novas formas de vida. Mistério das origens no fundo de um lago canadense

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Por: Mathew Francis – Fonte: El País

 

Por que a NASA se interessaria em estudar um lago do Canadá? Três agentes de fronteira fazem a mesma pergunta, com pequenas variações, e, embora tenham nos deixado passar, era evidente que não compreendiam a resposta. Por que a NASA se interessa por um lago canadense? E por que isso tem a ver conosco?

No que se refere a ecossistemas exóticos, o lago Pavilion, na Colúmbia Britânica, é o mais comum possível. Fica em um lugar distante, isso sim: a cidade importante mais próxima é Vancouver, a quatro horas de carro dali, atravessando montanhas, e as localidades da redondeza são pequenos núcleos de casas nas encostas secas, separadas por dezenas de quilômetros por uma estrada que serpenteia a paisagem erma. O lago, propriamente, fica junto a uma estrada asfaltada, e, visto a partir dela, não parece ser diferente de qualquer outro lago de montanha com dimensões discretas no oeste da América do Norte.

 

 

No entanto, sob a superfície, o fundo do lago Pavilion está tomado por uma espécie de recife de coral: cúpulas, cones e outras formas esquisitas muito parecidas com a alcachofra. Mas os corais são colônias de animais minúsculos. Tratam-se de formações rochosas chamadas microbialitos, compostas e cobertas de cianobactérias. Pode até ser que essas bactérias – às vezes chamadas, equivocadamente, de “algas verde-azuladas” – formassem até mesmo as rochas em que vivem, absorvendo os nutrientes da água e formando a rocha. Tal como as plantas, elas precisam da luz do sol para promover o processo da fotossíntese e se desenvolvem nas águas pouco profundas da encosta submarina, até o ponto em que a luz começa a se apagar.

São elas que constituem o motivo de interesse da NASA. Mas as pessoas com quem viemos falar aqui têm em mente projetos ainda mais ambiciosos: elas querem saber o que essas estranhas formações do lago Pavilion poderiam nos revelar sobre a origem da vida na Terra, a vida em outros mundos e até mesmo o significado exato da vida.

 

 

Código Morse no DNA

Erwin Schrödinger era um sujeito esperto. Talvez você o conheça por causa da famosa experiência teórica do “gato de Schrödinger”. Um de seus trabalhos mais interessantes, no entanto, é um livrinho de 1944 baseado em uma série de conferências que Schrödinger proferiu em Dublin e que coloca a seguinte pergunta: o que é a vida?

Esse livro é importante porque anteviu algumas propriedades importantes do DNA antes deste ter sido descoberto. Faltava quase uma década para a descoberta da famosa dupla hélice, mas Schrödinger encontrou a chave para saber como os organismos evoluem e transmitem informação de uma geração para outra como um “cristal aperiódico”: uma cadeia de átomos que nunca se repete exatamente. Embora cada elo da cadeia contenha os mesmos átomos (carbono, nitrogênio, oxigênio, hidrogênio e fósforo), sua combinação permite que se codifique uma quantidade enorme de informação.

Schrödinger usou como comparativo o código Morse, que reproduz toda uma linguagem com apenas “duas letras”. Hoje em dia nós sabemos que o código do DNA tem quatro letras (A, C, G, T), que, ao se organizar e se combinar, podem codificar tudo que um organismo necessita para construir proteínas, fazer seu metabolismo funcionar e viver. Esta parece ser uma diferença significativa entre o que está vivo e o que não está: a capacidade de transmitir informação, além da mera reprodução.

Os cristais ordinários se reproduzem, mas só transmitem o padrão repetitivo que determina a posição dos átomos. Não conseguem evoluir. Ou, nas palavras de Schrödinger, é como a diferença entre “um papel de parede simples, em que um mesmo padrão se repete várias vezes com periodicidade regular, e uma obra de arte de bordado, uma tapeçaria de Rafael, por exemplo, que não apresenta uma repetição insossa, mas um desenho elaborado, coerente e significativo traçado pelo grande mestre”.

A capacidade de transmitir informação para além da mera reprodução parece uma diferença significativa entre o que está vivo e o que não está.

 

 

Robôs na água

O barco está lotado de pessoas que controlam e supervisionam veículos submersíveis por controle remoto (ROV, na sigla em inglês). Esses pequenos submarinos robóticos são equipados com câmeras de alta definição e sondam a região do lago que os mergulhadores humanos irão estudar alguns dias depois. Possuem também sensores para medir a temperatura da água, o pH, a posição GPS, a profundidade e a corrente. Para se manter no nível perfeito de flutuação, os ROV contam com uma curiosa mistura de alta tecnologia e métodos rudimentares: motores de vanguarda e instrumentos de flutuação feitos com bolas de plástico e “espaguetes” de piscina da cor laranja fosforescente amarrados com cabos de plástico. Um submersível escrutina o fundo do mar, recolhendo imagens de alta definição de microbialitos; o outro cuida de vigiar o primeiro e controla as condições da água.

Testemunhamos tudo isso de dentro do trailer de “controle da missão” da NASA, na beira do lago, graças ao vídeo enviado pelos ROV. É uma paisagem extraterrestre: montículos irregulares verdes e cinzentos do tamanho de mesas, alguns agrupados, outros isolados, que se estendem até perder de vista na escuridão submarina. Enquanto observo essas imagens do fundo do lago, eu me pergunto o quanto isso se parece com a Terra primitiva. A julgar pelos microbialitos fósseis, os antepassados das atuais cianobactérias foram, provavelmente, umas das primeiras formas de vida do planeta. É possível que bilhões de anos atrás as cianobactérias criassem o oxigênio da nossa atmosfera, conferindo à atmosfera carregada de dióxido de carbono da Terra primitiva o equilíbrio existente hoje em dia entre nitrogênio e oxigênio muito antes de as plantas evoluírem. As cianobactérias modernas criam colônias em forma de tapetes cheios de limo que cobrem o fundo dos lagos distantes, e não os complexos microbialitos rochosos que vemos no lago Pavilion, de forma que é provável que a mesma coisa acontecesse 3,5 bilhões de anos atrás.

 

 

Por mais estranhos que possam parecer, os microbialitos poderiam ser o único alimento remotamente familiar que um viajante no tempo reconheceria se chegasse aos primeiros tempos do nosso planeta. A vida não se limitou a criar o ar que respiramos: ir a qualquer lugar e observar qualquer elemento da Terra é ver um ambiente criado pela vida. A química das rochas, os oceanos, o solo; tudo foi configurado pela vida. Além disso, os cientistas encontraram organismos –em sua maioria bactérias e arqueas, organismos unicelulares que prosperam sob condições extremas— em enorme quantidade por toda parte, desde as rachaduras das rochas em grandes profundidades até as nuvens mais altas da atmosfera. Os organismos sempre se adaptaram a cada ambiente, e o configuraram para que, por sua vez, esse ambiente se adaptasse a eles.

Os vestígios dessa configuração recíproca são conhecidos como bioassinaturas, e, para Allyson Brady, aí reside um dos principais atrativos do lago Pavilion. Brady, uma geoquímica da Universidade McMaster, está pesquisando formas de diferenciar os processos abióticos —que ocorrem sem influência da vida— e as bioassinaturas inequívocas. “Mesmo com as bactérias já mortas há bastante tempo”, explica ela, “a rocha poderia continuar conservando a assinatura química que nos informa que ‘isso foi criado com tal influência biológica’, diferentemente de um processo totalmente abiótico. Podemos ver isso no lago Pavilion”.

 

 

Bioassinaturas são a chave do mistério

As bioassinaturas poderiam ser a chave para saber se um recife rochoso semelhante, encontrado em Marte, é um microbialito fóssil —sinal de vida que existiu no passado— ou uma imitação grosseira. A quantidade relativa de diferentes isótopos ou a presença de moléculas insólitas na rocha poderiam revelar os vestígios químicos produzidos pelo metabolismo de micróbios extintos há muito tempo.

Evidentemente, o ideal seria ver os micróbios vivos (supondo-se que existam), mas isso é mais complicado do que a ficção-científica nos leva a acreditar. Qualquer amostra de organismo recolhida por um veículo explorador, sonda ou astronauta teria de sobreviver à exposição ao equipamento, e depois ser reconhecida no microscópio como um ser vivo. Trata-se de um processo que leva tempo, e é necessário algum indício químico preliminar que indique que vale a pena observá-la com o microscópio. Na ausência dos tricorder de Star Trek para fazer um escaneamento automático, os pesquisadores buscam por bioassinaturas no solo de Marte, no gelo de Europa (satélite de Júpiter) e nas colunas de água lançadas pelos vulcões gelados de Encélado, a sexta maior lua de Saturno.

Às margens do lago Pavilion somos constantemente surpreendidos pelas libélulas de cor azul iridescente, enquanto uma mobelha-grande (Gavia immer, a ave símbolo do Canadá) passa ao rés da água. Depois de dois dias de operações exclusivas com os ROVs, os mergulhadores entram em cena. Para acomodá-los, a equipe leva outro barco até o ponto de imersão. Desta vez estou na água com eles, apesar de minha principal missão ser não atrapalhar. De fato, enxergava melhor do trailer: agora me limito a olhar os cientistas estudando os monitores e controlando os ROVs, mas não consigo ver o que fazem os mergulhadores.

 

 

É fácil reconhecer que as libélulas, as mobelhas, os mergulhadores e até algumas bactérias insólitas estão vivas; como diz uma canção da Vila Sésamo, “respiram, comem e crescem”. Mas acontece a mesma coisa com todos os seres vivos?

Talvez o mais difícil, se encontrássemos vida em outros lugares do universo, seria reconhecê-la quando a víssemos. A maior parte da vida na Terra é microbiana, e apesar de costumarmos associar as bactérias com as doenças, a maioria das espécies ignora os humanos. Um enorme número se desenvolve em lugares que nos matariam, e vice-versa: águas profundas, cavernas ácidas, frio glacial e calor abrasador. No entanto há uma relação de parentesco entre esses organismos e nós, apesar de termos sido separados pela evolução e pela adaptação.

Vida na terra é formada por células

Devido a esse parentesco, toda a vida na Terra é formada por células; usa a água líquida como parte de sua estrutura essencial; é construía por moléculas parecidas, que contêm carbono, oxigênio, nitrogênio e outros elementos comuns; e usa DNA e RNA para codificar informação sobre si mesma e transmiti-la às gerações futuras. No entanto, temos de nos perguntar: a vida tem de ser assim? Se a história de nosso sistema solar se repetisse, a vida usaria a mesma química, construiria células e configuraria seu entorno da mesma forma?

A vida é orgânica, e isso apenas significa “moléculas que contêm carbono”. As moléculas orgânicas são muito comuns em nossa galáxia: os astrônomos encontraram restos de aminoácidos (as bases das proteínas) em cometas, e bases nitrogenadas (as “letras” genéticas do DNA e do RNA) nas nuvens e nas estrelas.

Mas apesar da água ser necessária para a vida, é abundante a tal ponto em outros mundos e no espaço interestelar que não tem nada de especial. No entanto, ainda temos que encontrar algum sinal no espaço de algo que possa ser catalogado como “vida”.

É uma paisagem extraterrestre: montículos irregulares verdes e cinzas do tamanho de mesas, alguns empilhados, outros sozinhos, que se estendem até se perderem na penumbra submarina.

 

 

Por mais paradoxal que pareça, também poderia existir a vida inorgânica, pois “orgânico” não significa “vivo”. A vida baseada em silício que habita os universos fictícios populares de Star Trek e do Discworldde Terry Pratchett é fruto desse pensamento. Na tabela periódica, o silício divide a coluna com o carbono, então são parecidos quimicamente. Em última análise, os vínculos que cria não são totalmente corretos, então o silício não cria o mesmo tipo de moléculas. O carbono, entre todos os elementos da tabela periódica, parece ser o único capaz de unir-se a outros átomos e formar estruturas complexas o bastante para a vida.

Sem dúvida o DNA é complexo, o que leva muitos pesquisadores a perguntarem-se, acima de tudo, como surgiu. Uma hipótese comum é que o RNA —que existe como cadeia única, diferentemente da dupla cadeia do DNA— tenha vindo primeiro; no entanto, até o RNA é complexo. “Talvez a vida não tenha começado com o RNA, mas com algo um pouco mais simples”, afirma John Chaput, da Universidade do Estado do Arizona. “Qualquer que fosse esse material simples, ajudou a produzir o RNA.”

O “D” do DNA e o “R” do RNA representam respectivamente os açúcares desoxirribose e ribose. A desoxirribose e a ribose constituem a estrutura cujos passos são as letras genéticas, mas não são os únicos açúcares que podem cumprir essa missão. As moléculas artificiais chamadas “XNA” podem se construir com outros açúcares: o X poderia ser uma entre muitas possibilidades.

Chaput está especialmente interessado em um açúcar chamado “treosa”, porque a molécula resultante, o TNA, “reconhece” o RNA e se vincula a ele, exatamente como o DNA se vincula ao RNA. O TNA é mais simples do que o RNA e o DNA, tanto por sua estrutura química como pela facilidade de criá-lo. Chaput e outros cientistas que pensam como ele se perguntam se o TNA estava presente na Terra primordial: “O TNA surgiu antes, porque era sintetizado com mais facilidade, mas não demorou a ser suplantado pelo RNA”.

Os XNA não são mais do que uma possível rota alternativa para a vida. O carbono cria muitíssimo mais moléculas do que a vida como a conhecemos utiliza. As proteínas não usam todos os tipos de aminoácidos; o DNA e o RNA não utilizam todas as “letras” das bases nitrogenadas que são quimicamente possíveis. Pode ser que as formas de vida de outros mundos tivessem a mesma química orgânica básica, e até alguns códigos genéticos parecidos com os nossos, mas usaram moléculas diferentes para construir suas células.

Faz sol e uma temperatura agradável, mas Tyler Mackey e Frances Rivera-Hernández estão vestidos para temperaturas mais baixas. Vestiram um casaco térmico e estão prontos para mergulhar nas frias águas do lago para verificar que toda a equipe funciona antes da demonstração científica, prevista para dali a alguns dias.

 

 

Lagos na Terra, lagos em Marte

Mackey estuda a forma na qual os micróbios configuram seu entorno e são configurados por ele, e como essa relação recíproca poderia se refletir nos registros fósseis da Terra. Boa parte do trabalho de sua tese se baseia nos lagos cobertos por gelo da Antártida. Rivera-Hernández trabalha para a equipe do Mars Science Laboratory, que gerencia o veículo exploradorCuriosity que atualmente explora a superfície de Marte. Ela estuda se os lagos da Terra compartilham características geológicas com os lagos secos de Marte, que em um passado remoto poderiam estar cobertos de gelo.

No lago Pavilion se fala muito sobre Marte. Os mergulhadores não se limitam a compilar dados científicos sobre os microbialitos, mas estão experimentando programas e protocolos para fazer algo parecido sobre a superfície do planeta vermelho. Os mergulhadores são como astronautas que caminham sobre Marte; o barco a partir do qual fazem as imersões é seu “centro de comando” (como o que algum dia poderia haver em Fobos, uma de suas luas) e o grande trailer da NASA às margens do lago faz as vezes de “centro de controle de missão”.

Para que a simulação seja ainda mais real, o programa usado para comunicação incorpora um atraso de cinco minutos nos dois sentidos entre o centro de controle e o barco; imitam-se assim os 55 milhões de quilômetros que os sinais entre Marte e a Terra têm de percorrer em seu ponto mais próximo. O atraso quer dizer que os mergulhadores não podem receber instruções diretamente da “Terra”, e por isso a maioria das ações devem ser planejadas meticulosamente com antecedência. (Os astronautas da Apolo, por sua vez, tinham um atraso menos relevante, de aproximadamente um segundo nos dois sentidos.)

É pouco provável que os futuros astronautas encontrem em Marte algo tão claramente vivo quanto as bactérias do lago Pavilion, mas não poderia haver restos de microbialitos mortos. Os palentologistas descobriram fósseis estratificados de microbialitos, conhecidos como etromatolitos, na Austrália, Groenlândia e Antártida, entre outros lugares. Alguns dos presentes na Austrália ocidental remontam a 3,5 bilhões de anos, não muito tempo depois que a Terra fundida se solidificou pela primeira vez. Se alguns micróbios desse tipo apareceram em Marte durante um período parecido, mas morreram (ou se mudaram para debaixo da terra) quando o planeta secou, poderia haver fósseis semelhantes.

 

 

Atualmente, a água na superfície de Marte parece efêmera e muito salgada, mas nem sempre foi assim. “Se alguma vez houve água em abundância [em Marte], e na superfície há indícios de sobra, é provável que estivesse congelada”, explica Rivera-Hernández. Isso faz com que os lagos de água fria da Terra sejam de particular interesse para quem estuda a vida marciana. O lago Pavilion congela a cada inverno, e pode ser até que estivesse coberto de gelo o ano todo durante a última glaciação. Algumas estruturas de microbialitos parecem antigas o suficiente para terem sobrevivido a esse congelamento.

A vida não se limitou a criar o air que respiramos: ir a qualquer lugar e observar qualquer elemento da Terra é ver um entorno criado pela vida

Nos 72 anos transcorridos desde a publicação do livro de Schrödinger, os cientistas fizeram grandes avanços na compreensão do funcionamento da vida, mas continuamos sem ter uma definição clara do que é a vida. A evolução faz parte dela, assim como o conceito relacionado de transmitir informação genética de uma geração para a seguinte. O metabolismo também é uma parte da vida, e altera o equilíbrio químico de seu entorno de forma que, do contrário, não aconteceria. Mas enquanto alguns elementos são claramente inanimados e outros claramente vivos, há uma região obscura entre eles.

Trata-se do reino dos vírus e de algumas proteínas infames conhecidas como príons, famosas por causar a encefalopatia espongiforme bovina (ou doença da vaca louca). Os vírus têm DNA ou RNA, mas precisam invadir as células para se reproduzir. Os príons têm a peculiaridade de transmitir informação e reproduzirem-se no DNA, sequestrando outras proteínas que, acima de tudo e para maior dano, estão no tecido cerebral. Os vírus e os príons costumam ser nocivos, mas alguns tipos de levedura se beneficiam dos príons, e os mamíferos usam o vírus DNA para evitar que as mães rejeitem os fetos. Não estão vivos em sentido estrito —não crescem nem se multiplicam se não se unirem com outro organismo—, mas podem sofrer mutações ou evoluir pela pressão da seleção natural.

 

 

Transição entre o inanimado e o ser vivo

“Está claro que (um vírus) tem a capacidade de acompanhar os princípios evolutivos darwinistas, mas não sem uma célula anfitriã”, explica David Lynn, da Universidade Emory. Para ele, o que está vivo e o que não está são um contínuo: “Há uma transição na qual poderíamos distinguir alguns elementos capazes de evoluir quimicamente e outros capazes de fazê-lo biologicamente”. Em outras palavras, há uma linha pouco definida entre o que exige um catalisador externo —uma célula anfitriã, o tecido cerebral— para evoluir, e o que pode evoluir e reproduzir-se por si mesmo. Em algum momento, alguns processos químicos inanimados cruzaram tal linha e se tornaram claramente vivos.

Lynn reflete muito sobre a informação bioquímica transportada pelas moléculas complexas e sobre como entender a evolução nesse contexto. Com ajuda de seus colaboradores, investiga se as proteínas (que, em sentido químico, são cadeias relativamente longas de moléculas orgânicas usadas para construir células) poderiam armazenar e transmitir a mesma informação que as moléculas genéticas sem necessidade do DNA ou do RNA. No entanto, levando-se em conta que tanto o DNA como as proteínas são complexos, a pergunta é se, na história da vida na Terra, houve algo que preparasse o terreno para o surgimento desses compostos químicos complexos.

O pequeno lago de Pavilion, no Canadá, é um dos lugares em que podemos aprender a nos fazer essas perguntas. Os pesquisadores do lago, desde os bioquímicos que trabalham com o AXN, até os astrobiólogos que procuram a vida em outros mundos, tentam compreender as adaptações da vida usando os processos químicos e os materiais em cada lugar.

Hoje em dia, as bactérias como as que vivem no lago Pavilion poucas vezes criam estruturas microbialíticas; apesar de ser um pouco mais alcalino e ter um conteúdo mineral mais alto do que outros lagos próximos, não há motivos claros que justifiquem a existência dessas estruturas. “O que permite aos microbialitos viver neste lago? O que têm de especial?”, pergunta-se Darlene Lim, pesquisadora-chefe no lago Pavilion. “É uma questão bem complexa, e é preciso abordá-la sob muitas perspectivas.

Toda a vida na Terra tem um ancestral comum no passado geológico remoto. No entanto, pode ser que a vida como a conhecemos coexistisse antigamente com outros elementos bioquímicos. Sendo assim, com o passar do tempo nossos primeiros ancestrais tiveram mais sucesso do que os organismos baseados em estruturas moleculares alternativas, e usaram e configuraram o entorno até que as outras formas de vida se extinguissem. A questão dá o que pensar: não falamos da morte de uma espécie, mas de toda uma vida que poderia ter se desenvolvido até dominar o planeta se a história tivesse tomado outro rumo.

 

 

Estes “poderiam ter sido” e “nunca foram” não são simples especulações. Em Marte, Europa e milhares de exoplanetas classificados, a gama de possibilidades é imensa. Não podemos nos permitir dar por certo que toda a vida segue o mesmo caminho que tomou, biológica ou quimicamente, na Terra.

“O que é a vida?” não é só uma pergunta e não tem uma só resposta. Talvez também não precise. Os sábios como Charles Darwin não se detiveram nessas diabruras filosóficas.

“O que é a vida?” não é só uma pergunta e não tem uma só resposta. Talvez também não precise. Os sábios como Charles Darwin não se detiveram nessas diabruras filosóficas

Uma alta chaminé de pedra desponta na lateral da montanha que domina o lago Pavilion. Os Ts’kw’aylaxw, um dos povos originários do Canadá, cujas terras abrangem toda a região, contam que aí vive um grande dragão que vigia as crianças que brincam no lago. As cianobactérias são, em certo sentido, descendentes da vida primordial. Mas também são modernas, como todas as formas de vida, e se adaptam a seu entorno pelas forças da evolução. E, por mais vaga que seja a definição, isso é a vida: o que cria, o que é criado, o que não para de evoluir.

 

Vídeo: Stromatolites - Pavilion Lake in British Columbia (narrado em inglês)

 

 

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