Evolução das Protocélulas

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Aquecer o debate: novas descobertas na evolução das
protocélulas
Os pesquisadores lançam luz sobre as condições que poderiam ter levado à nossa abiogênese
simulando o rápido crescimento e fusão de protocélulas.
Tudo começou com as protocélulas.
De onde é que nós viemos? Como tudo começou? Essas questões têm estado no centro de numerosas
especulações no que diz respeito à origem da vida na Terra. Quer falemos de filosofia ou de discussões
científicas, a humanidade sempre tentou encontrar essas respostas e abordar as questões fundamentais
de nossa abiogênese.
Hoje em dia, os pesquisadores tendem a concordar com uma teoria de que as células vivas modernas
foram inicialmente originadas de protocélulas. Também conhecidos como protobiontes, eles são
definidos como uma agregação esférica de componentes não vivos (por exemplo, lipídios), que podem
se auto-organizar em estruturas endogenamente ordenadas. Curiosamente, embora as protocélulas não
sejam organismos vivos, suas características mostram que são semelhantes a células biológicas.
Mas como as protocélulas se originaram?
A origem e a evolução das protocélulas estão entre os temas mais intrigantes que estão sendo
debatidos na comunidade científica. Uma pesquisa realizada no último meio século resultou em algumas
hipóteses diferentes que explicam como as protocélulas apareceram no início da Terra. Atualmente, a
https://www.britannica.com/science/abiogenesis
https://www.azolifesciences.com/article/What-is-a-Protocell.aspx
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maioria das teorias estabelecidas explica a formação de protocélulas através da auto-montagem de
anfilos em meio aquoso a granel. No entanto, embora esta suposição explique o primeiro passo da
formação da protocélula (isto é, a aparência de seus compartimentos primitivos), ela não aborda
completamente os passos subsequentes de sua transformação em direção a entidades mais complexas,
como células. De fato, rápido crescimento, replicação e divisão, que são processos essenciais para a
evolução da protocélula, todos exigem quantidades significativas de energia, a fim de permitir as
mudanças drásticas dos compartimentos iniciais.
Recentemente, alguns estudos demonstraram que a presença de substratos sólidos, como partículas no
meio fluido que hospeda os componentes iniciais da protocélula, poderia ter desempenhado o papel de
fonte de energia. De acordo com esta teoria, superfícies sólidas de alta energia poderiam ter fornecido
às membranas à base de anfífilas energia suficiente para permitir que elas primeiro se automontem em
estruturas nanotubulares intermediárias e, em seguida, mais tarde em compartimentos de membrana
única. Algumas evidências experimentais suportam a hipótese da rota assistida pela superfície para a
formação de protocélulas, mas os cientistas concordam que as superfícies sólidas não poderiam ter sido
o único fator na evolução rápida das protocélulas.
O calor fornece um impulso de energia
Na Universidade de Oslo, na Noruega, o professor Gozen e os colaboradores identificaram novos
caminhos que poderiam ter levado à formação e desenvolvimento de células primitivas no início da
Terra. Em particular, o grupo aborda o debate em curso sobre se as altas temperaturas eram benéficas
ou prejudiciais para a formação de protocélulas.
O Esquema da Transformação
 de um nanotubo a um compartimento vesicular
Para investigar esse ponto, os autores reproduziram um possível cenário que poderia ter intervindo no
mundo prebiótico. Eles depositaram uma rede de nanotubos lipídicos – a estrutura intermediária na
formação de protocélulas – em uma superfície de óxido de silício – um dos materiais mais abundantes
encontrados nas rochas – e irradiaram esse sistema com uma radiação infravermelha (IR).
Os pesquisadores observaram que, durante este experimento, o número de compartimentos que se
formaram (nucleação) e seu crescimento aumentou rapidamente quando todo o sistema foi exposto a
gradientes de calor (de 40 a 70oC) por períodos específicos de tempo (ou seja, 10 minutos). Isso
acontece porque a energia fornecida como resultado desse aumento local na temperatura causa um
aumento da fluidez da membrana lipídica dos nanotubos. Isso, por sua vez, leva a uma mudança local
em forma e à formação de um compartimento vesicular (como representado na figura acima). Além
disso, quando a temperatura atinge 90oC, é possível auxiliar a fusão das vesículas, um processo no qual
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duas membranas inicialmente distintas e adjacentes se fundem e formam um compartimento vesicular
maior.
Um dos dois mecanismos propostos para a fusão de dois vesicles adjacentes
Este resultado apresenta evidências experimentais de que o calor provavelmente desempenhou um
papel importante e benéfico na nucleação e no crescimento de compartimentos de membrana
semelhantes a células.
“Todos esses são detalhes interessantes que concordam bem com o conhecimento existente e precisam
de apenas algumas suposições”, disseram os autores. As temperaturas nos “pequenos lagos quentes”
de Darwin variam entre 50 e 80oC, e nas fontes hidrotermais do tipo Lost City, que se presumem
relevantes para a Terra primitiva, de 40 a 90oC. Esta é a faixa de temperatura exata de nossos
experimentos, que promove a formação, crescimento e fusão de protocélulas. - Apagar-se-io empo. -
"Apreta a
O laser IR induz a fusão da vesícula e redistribui o RNA pré-
encapsulado na protocélula fundida
O grupo também mostrou que as temperaturas elevadas provavelmente levaram os microcontêineres
resultantes a encapsular e redistribuir o RNA. Este resultado oferece claramente a base para um
profundo entendimento sobre a formação de protocélulas, mas Gozen tem como objetivo descobrir mais.
“Já obtivemos novas evidências de que a formação do subcompartimento, e até mesmo processos
semelhantes à divisão, podem ocorrer de forma autônoma em superfícies sólidas”, afirmaram os
autores. “A longo prazo, nós realmente queremos simular as condições iniciais da Terra para validar
nossos estudos (...). Prevemos que estabelecer e trabalhar em um ambiente abiótico será um grande
desafio. Estamos confiantes de que podemos resolver isso.”
Referência: E. S. (em inglês). K?ksal et al., Crescimento Rápido e Fusão de Protocélulas em Redes de
Membrana de Ação de Superfície, Pequeno (2020). DOI: 10.1002 / smll.202002529
ASN WeeklyTradução
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/smll.202002529
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