Raios Cósmicos e a Mão da Vida

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Os cientistas têm ponderado um mistério sobre a vida por pelo menos um século: Muitas moléculas biológicas vêm em duas versões de imagem-espelho, assim como as mãos humanas; de fato, são conhecidas como “destro” e “canhoto”. Reações químicas naturais produzem números aproximadamente iguais de ambos os tipos de moléculas. Mas os açúcares e aminoácidos que servem como blocos de construção da vida na Terra têm apenas uma mão que permite que as proteínas e os ácidos nucleicos adotem estruturas helicoidais estáveis, como o DNA, o que, por sua vez, permite que os organismos vivos evoluam e prosperem.

A designação de mão-esquerda versus direita é histórica e às vezes parece arbitrária. Por exemplo, o DNA é destro, enquanto os aminoácidos associados são canhotos. Entretanto, o que é importante não é o nome, mas o fato de que uma de duas escolhas possíveis foi feita. Uma grande questão é “Por que uma mão se desenvolveu e não a outra”. É uma questão de acaso/acidente ou houve uma razão para isso?

Em um artigo recente no Astrophysical Journal Letters, propomos um mecanismo que pode levar à mão preferida da vida. Ele começa com os raios cósmicos: núcleos atômicos, despojados de seus elétrons, que percorrem o universo quase à velocidade da luz, acabando esmagando nossa atmosfera e desencadeando uma cascata de partículas secundárias. Quando essas partículas interagem com os organismos vivos primitivos, elas fazem com que elas desenvolvam a mão que vemos hoje. Se confirmado, isto não só resolveria o mistério, mas também nos daria algumas pistas sobre como procurar a vida além da Terra.

Para ser claro, certamente não somos os primeiros a conectar a homoquiralidade com a interação fraca. Vester, Ulbricht, Zel’dovich, Salam e outros exploraram esta ideia há muito tempo. Entretanto, o que acreditamos ser novo e testável em nossa pesquisa é um mecanismo básico através do qual os raios cósmicos, agindo diretamente sobre a taxa de mutação e, portanto, sobre a evolução das formas de vida mais simples e antigas, são, em última análise, responsáveis pela mão universal que permeia toda a vida hoje em dia em toda sua complexidade e interdependência.

A mão biológica, ou homoquiralidade como é conhecida, tem sido um campo intenso de pesquisa e debate desde sua descoberta por Louis Pasteur em 1848. Ela tem uma contrapartida em uma das forças fundamentais da física, chamada força fraca, que foi encontrada nos anos 50 para mostrar uma mão semelhante. Os raios cósmicos, ou mais precisamente, as chuvas de partículas secundárias que produzem, e que são criadas por esta força fraca, fornecem uma ligação direta entre a assimetria da física e a assimetria da biologia.

Acredita-se que os raios cósmicos têm origem no sol, em estrelas em explosão em nossa galáxia e em torno de buracos negros distantes. Eles são comumente vistos como prejudiciais. Isto porque quando um raio cósmico interage com uma molécula biológica, ele pode ejetar, ou ionizar, um elétron e quebrar as ligações químicas que unem os átomos. Se a intensidade da radiação for alta, os seres humanos ficam doentes ou morrem. Esta é uma das razões pelas quais viajar e viver em Marte pode ser muito perigoso. Em níveis de radiação muito altos, toda a vida seria destruída.

Entretanto, baixos níveis de radiação ionizante podem causar mutações de moléculas biológicas e promover a variação genética. Isto permite que pequenas e graduais mudanças sejam feitas nos organismos vivos que os ajudam a explorar melhores maneiras de sobreviver em ambientes em mudança. Isto é evolução no trabalho. Como é comumente afirmado para o vinho tinto, pequenas doses são benéficas!

O que isso tem a ver com a homoquiralidade? Quando as partículas elementares têm carga elétrica e uma característica quântica chamada spin, elas se comportam como pequenos ímãs com um pólo norte e um pólo sul. Agora, um raio cósmico que atinge a atmosfera pode criar partículas giratórias carregadas chamadas muões e elétrons, e elas se movem preferencialmente com o pólo sul para frente. Quando os múons e elétrons encontram uma molécula viva, estes ímãs orientados podem causar uma pequena diferença na taxa de mutação da vida à direita e à esquerda. Ao longo de muitas gerações, talvez bilhões ou mesmo trilhões, este leve viés pode fazer com que uma mão floresça e a outra desapareça: a homochiralidade. A novidade desta proposta é que ela combina uma causa física – os raios cósmicos – com uma propriedade química das moléculas vivas – estruturas helicoidais – para afetar a forma como a vida primitiva evoluiu.

Portanto, esta é a explicação proposta para a entrega da vida, e, como todas as idéias científicas, ela deve ser testada. Há duas abordagens. A primeira é ver se a vida é homociral em todos os lugares. Uma questão-chave enfrentada pela astrobiologia é avaliar quais ambientes são hospitaleiros para a vida. Não sabemos como e onde a vida se formou, mas estamos procurando ativamente, nas superfícies ou subsuperfícies dos outros planetas do sistema solar, em suas luas geladas, em asteroides e até mesmo em cometas. Alguns desses ambientes extraterrestres contêm açúcares e aminoácidos. Se eles também exibem vida, então devem ter a mesma mão que a vida na Terra, pois estão expostos aos mesmos raios cósmicos.

A segunda abordagem é realizar experimentos. Este é um desafio quando não entendemos como a vida se formou! No entanto, podemos fazer múons e elétrons com ímãs de direção sul e norte e ver se existe uma diferença em como eles interagem com moléculas biológicas e talvez até mesmo vírus e bactérias. Tem havido numerosas análises teóricas e experimentos com o objetivo de determinar o possível papel dos elétrons polarizados magneticamente (ou luz polarizada circularmente) na química quiral-seletiva – mas não na biologia seletiva quiral.

Entretanto, o mais emocionante de tudo é poder fazer estas perguntas em um momento em que tanto está sendo descoberto e estar preparado para ser surpreendido por suas respostas.

Referências:

https://www.scientificamerican.com/article/cosmic-rays-and-the-handedness-of-life/

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