Origem da vida: Evolução pode ter começado em um Mundo de RNA

A evolução no laboratório difere largamente da evolução natural.
[Imagem: Yasmin Cohen et al. - 10.1093/gbe/evac105]

Mundo de RNA

Charles Darwin descreveu a evolução como "descendência com modificação": A informação genética na forma de sequências de DNA é copiada e transmitida de uma geração para outra. Mas este processo também precisa ser um tanto flexível, permitindo que pequenas variações de genes surjam ao longo do tempo e introduzam novas características na população - ou a evolução nunca acontece.

Mas como tudo isso começou? Nas origens da vida, muito antes das células, das proteínas e do DNA, poderia ter ocorrido um tipo de evolução semelhante numa escala mais simples?

Talvez sim. Cientistas da década de 1960 propuseram que a vida teria começado com um "Mundo do RNA", uma era hipotética em que pequenas e fibrosas moléculas de RNA governavam a Terra primitiva e estabeleceram a dinâmica da evolução darwiniana, baseada no DNA.

Novas pesquisas fornecem agora novos insights sobre as origens da vida, apresentando indícios convincentes que dão suporte à hipótese do Mundo de RNA. O estudo revela uma enzima de RNA que consegue fazer cópias precisas de outras cadeias funcionais de RNA, ao mesmo tempo que permite o surgimento de novas variantes da molécula ao longo do tempo. Estas capacidades notáveis sugerem que as primeiras formas de evolução podem ter ocorrido em escala molecular no RNA, e não no DNA.

As descobertas também deixam mais factível a possibilidade da recriação da vida baseada em RNA em laboratório. Ao modelar esses ambientes primitivos em laboratório, os cientistas podem testar diretamente hipóteses sobre como a vida pode ter começado na Terra, ou mesmo em outros planetas.

"Estamos caçando o início da evolução. Ao revelar essas novas capacidades do RNA, estamos descobrindo as origens potenciais da própria vida e como moléculas simples poderiam ter pavimentado o caminho para a complexidade e diversidade da vida que vemos hoje," disse o professor Gerald Joyce, do Instituto Salk (EUA).

Um dos maiores desafios à teoria da evolução surgiu com a demonstração de que as mutações no DNA não são aleatórias.
[Imagem: Pixabay]

Evolução baseada em RNA

Os cientistas podem usar o DNA para traçar a história da evolução desde as plantas e animais modernos até os primeiros organismos unicelulares. Mas o que veio antes disso permanece obscuro.

Hélices de DNA de fita dupla são ótimas para armazenar informações genéticas. Em última análise, muitos desses genes codificam proteínas - máquinas moleculares complexas que realizam todos os tipos de funções para manter as células vivas. O que torna o RNA único é que essas moléculas podem fazer um pouco das duas coisas: Elas são feitos de sequências de nucleotídeos estendidas, semelhantes ao DNA, mas também podem atuar como enzimas para facilitar reações, assim como as proteínas. Então, é possível que o RNA tenha servido como precursor da vida como a conhecemos?

Cientistas têm explorado esta ideia há anos, com foco particular nas ribozimas da RNA polimerase - moléculas de RNA que podem fazer cópias de outras cadeias de RNA. Durante a última década, o professor Joyce e sua equipe desenvolveram ribozimas de RNA polimerase em laboratório, usando uma forma de evolução dirigida para produzir novas versões capazes de replicar moléculas maiores. Mas a maioria delas apresenta uma falha fatal: Elas não são capazes de copiar as sequências com precisão suficiente. Ao longo de muitas gerações, são introduzidos tantos erros na sequência que as cadeias de RNA resultantes já não se assemelham à sequência original, perdendo completamente a sua função.

Pelo menos até agora. A mais recente ribozima de RNA polimerase desenvolvida no laboratório da equipe inclui uma série de mutações cruciais que lhe permitem copiar uma cadeia de RNA com uma precisão muito maior.

Nesses experimentos, a cadeia de RNA que está a ser copiada é um "martelo", uma pequena molécula que quebra outras moléculas de RNA em pedaços. Os pesquisadores ficaram surpresos ao descobrir que não apenas a ribozima da RNA polimerase reproduzia com precisão os martelo funcionais, mas, com o tempo, novas variações dos martelos começaram a surgir. Estas novas variantes tiveram um desempenho semelhante, mas as suas mutações tornaram-nas mais fáceis de replicar, o que aumentou a sua aptidão evolutiva e levou-as a dominar a população de martelos.

"Há muito tempo que nos perguntamos quão simples era a vida no seu início e quando ganhou a capacidade de começar a melhorar," disse o pesquisador Nikolaos Papastavrou, que sintetizou a nova ribozima. "Este estudo sugere que o início da evolução pode ter sido muito precoce e muito simples. Algo ao nível das moléculas individuais poderia sustentar a evolução darwiniana, e essa pode ter sido a faísca que permitiu que a vida se tornasse mais complexa, passando das moléculas às células e daí para os organismos multicelulares."

Temos o poder para parar a evolução - Será que devemos usá-lo?
[Imagem: CC0 Creative Commons/Pixabay]

Limite crítico

Estes resultados destacam a importância crítica da fidelidade de replicação para tornar a evolução possível. A precisão da cópia da RNA polimerase deve exceder um limite crítico para manter a informação hereditária ao longo de múltiplas gerações, e esse limite teria aumentado à medida que os RNAs em evolução aumentassem em tamanho e complexidade.

Os métodos aprimorados pela equipe também abrem caminho para experiências futuras que testem outras ideias sobre as origens da vida, incluindo quais as condições ambientais que poderiam ter melhor apoiado a evolução do RNA, tanto na Terra como em outros planetas.