Desvendando a Química da Terra Primitiva: Sal

Bilhões de anos atrás, a Terra era um planeta extremamente hostil com vulcões ativos, uma atmosfera áspera e certamente sem vida! Esta Terra pré-biótica, no entanto, foi preenchida com uma ampla gama de moléculas orgânicas abióticas derivadas de seu ambiente inicial, que sofreram reações químicas que eventualmente levaram à origem da vida. Uma classe dessas moléculas abióticas abundantes durante a era pré-biótica foram os monômeros de 𝛼-hidroxiácido (𝛼HA) com estruturas um tanto semelhantes às dos 𝛼-aminoácidos essenciais para a vida moderna. No entanto, sua abundância atual na biologia é baixa.

Microgotículas de poliéster geradas a partir da desidratação e reidratação de monômeros de 𝛼HA foram propostas como modelos de protocélulas e podem ter sido um tipo de compartimento primitivo que interagiu e absorveu vários analitos primitivos, como sais em ambientes aquosos primitivos. No entanto, as interações sal-poliéster e a absorção de sal nas microgotículas de poliéster permanecem pouco estudadas devido à falta de técnicas analíticas apropriadas.

Para preencher essa lacuna de compreensão, uma equipe de pesquisadores liderada pelo pesquisador especial de pós-doutorado Chen Chen do RIKEN (anteriormente do Instituto de Tecnologia de Tóquio) e pelo professor associado especialmente nomeado Tony Z. Jia do Instituto de Ciências da Terra-Vida do Instituto de Tecnologia de Tóquio recentemente apresentou uma nova estratégia para investigar o efeito da absorção de sal em microgotículas de poliéster. Sua descoberta, publicada na Small Methods em 18 de maio de 2023, propôs uma nova maneira de usar métodos espectroscópicos e biofísicos existentes para caracterizar a absorção de sal por microgotículas de poliéster e entender seu comportamento mediado por sal.

"Moléculas primitivas como 𝛼HAs e poliésteres, embora não tão comumente usadas pelos sistemas vivos atuais quanto os aminoácidos, podem ter preparado o terreno para a evolução de sistemas químicos primitivos que levaram à origem da vida na Terra. Examinando a interação de poliésteres com diferentes analitos prebióticos, como sais, e determinar se gotículas de poliéster podem absorver sais podem fornecer informações sobre as funções relevantes exibidas por compartimentos primitivos", explica o Prof. Jia.

𝛼HAs como o ácido ᴅʟ-3-fenilláctico (PA) podem sofrer desidratação sob condições de imitação da Terra primitiva para formar poliésteres semelhantes a gel; a reidratação adicional resulta na montagem de microgotículas sem membrana. Essas gotículas sem membrana foram previamente encontradas para segregar analitos primitivos, como ácidos nucléicos, pequenas moléculas orgânicas e proteínas.

Estudos levantaram a hipótese de que a vida se originou e evoluiu em ambientes aquosos antigos. Se as microgotículas de poliéster existissem em ambientes aquosos primitivos, elas também poderiam ter absorvido sais, um analito importante encontrado em ambientes aquosos primitivos, o que poderia ter posteriormente alterado a estrutura das microgotículas também. Assim, a equipe submeteu vários 𝛼HAs, como PA (um monômero neutro), ácido málico (um monômero com uma cadeia lateral ácida) e ácido 4-amino-2-hidroxibutírico (um monômero com uma cadeia lateral básica) à síntese de desidratação , seguido de reidratação em meio aquoso para gerar microgotículas de poliéster contendo resíduos ácidos e neutros. Na verdade, este estudo foi o primeiro a mostrar a plausibilidade de microgotículas de poliéster contendo resíduos ácidos! Eles então incubaram as microgotículas de poliéster em soluções aquosas consistindo em diferentes concentrações de diferentes sais de cloreto (NaCl, KCl, MgCl2 e CaCl2) que podem ter sido abundantes nos primeiros oceanos.

Após a absorção de sal, as microgotículas de poliéster foram submetidas a uma nova técnica analítica utilizando espectrometria de massa de plasma acoplado indutivamente (ICP-MS) para analisar a concentração de cátions de sal dentro das microgotículas. As análises foram realizadas em colaboração com pesquisadores do Pheasant Memorial Lab no Instituto de Materiais Planetários da Universidade de Okayama, onde o ICP-MS estava localizado, como parte de uma doação colaborativa de uso conjunto. Além disso, em colaboração com outros membros, cada um com especialidades únicas, a equipe juntou o ICP-MS com outros métodos analíticos espectroscópicos e biofísicos, como análise de potencial zeta, densidade óptica, dispersão dinâmica de luz e imagem micro-Raman para estudar em detalhes como a absorção de sal afeta o potencial de superfície, turbidez de gotículas, tamanho e distribuição interna de água, respectivamente, das microgotículas.