As primeiras etapas da evolução da vida

A origem da vida

O facto de a vida ocorrer na Terra e de apenas uma espécie terráquea, a nossa, ser capaz de a conceptualizar e investigar, incita a ideia de que a existência é, por si só, um argumento suficiente da necessidade de ser. E não é. As regras que justificam a vida, e a não vida, estão na Terra e fora dela. As leis físicas que explicam a emergência e a retenção da vida na Terra são as mesmas que explicam a sua não presença, ou eventual extinção, em Vénus e Marte, ou noutro qualquer planeta. Se há vida na Terra, então a vida pode acontecer em qualquer outro local do universo (Morton, 2008) e a vida inteligente não será tão improvável assim (D. B. Mills et al., 2025). As evidências de vida, aparentemente, não estão muito longe: moléculas orgânicas reduzidas complexas (decano, undecano e duodecano), detetadas pelo rover Curiosity em 2024 em rochas detríticas marcianas com 3 700 Ma, podem ter origem em formas ancestrais de vida microbiana (Freissinet et al., 2025).

Em 1953, no mesmo ano em que foi desvendada a estrutura do DNA por James Watson e Francis Crick, o químico norte-americano Stanley Miller (1930–2007) demonstrou experimentalmente que uma atmosfera redutora (composta por metano, amoníaco, hidrogénio e vapor de água) era propícia à geração espontânea de moléculas orgânicas complexas essenciais para a vida, como os aminoácidos e as bases azotadas que constituem os ácidos nucleicos. Experiências posteriores, utilizando misturas de gases ricas em CO₂ e N₂ — hoje consideradas mais realistas do que as de Miller —, continuaram a produzir misturas de compostos orgânicos.

A hipótese dominante durante décadas admite que as moléculas orgânicas que precipitavam da atmosfera se tenham acumulado em charcos temporários. Ciclos de submersão-secagem criaram concentrações suficientes de moléculas orgânicas para que estas interagissem quimicamente umas com as outras. Alguns dos aminoácidos que fervilhavam nos pequenos charcos da Terra primitiva — na dita sopa primordial ou primitiva (primordial soup) — ter-se-iam autoagregado (self-assembly) em pequenas proteínas capazes de catalisar a síntese de ARN (Carter  Jr. & Wolfenden, 2015). Com o tempo, evoluiu uma relação genética entre ácidos nucleicos e proteínas que persiste até aos dias de hoje: tinha nascido a vida. Estes e outros mecanismos bioquímicos acabaram por ser contidos num invólucro lipídico — a membrana celular — surgindo assim a primeira célula. E as condições para a geração espontânea da vida jamais se repetiram.

Esta hipótese, ainda que de forma simplificada, remonta a Darwin, explicitada numa carta enviada ao amigo botânico Joseph Dalton Hooker em 1871(Letter No. 12167, 2023):

«Frequentemente é dito que todas as condições para a primeira produção de um organismo vivo estão presentes agora, as quais até jamais poderiam ter estado presentes. Mas se (e que grande se) pudéssemos conceber em algum pequeno lago quente com todos os tipos de sais de amónia e fosfóricos, luz, calor, eletricidade etc. presentes, que um composto proteico fosse aí quimicamente sintetizado, pronto para se submeter a novas complexas mudanças, nos dias de hoje essa matéria [seria] instantaneamente devorada, ou absorvida, o que não teria acontecido antes de as criaturas vivas serem formadas.»

A hipótese da sopa primordial tem, porém, sérias inconsistências bioquímicas e termodinâmicas. Lane (2015) calculou que para sustentar uma biosfera primitiva tipo sopa primordial, antes da evolução da fotossíntese, apenas com a energia de descargas elétricas atmosféricas, seria necessário um valor irrealista de quatro descargas elétricas por segundo e por quilómetro quadrado de oceano.

Uma teoria alternativa — muito do agrado de Francis Crick — advoga que a Terra, por via do bombardeamento com meteoritos, recebeu moléculas orgânicas complexas ou foi mesmo inoculada por precursores de microrganismos (teoria da panspermia). De facto, alguns dos meteoritos continuamente capturados pela Terra transportam moléculas orgânicas complexas (e.g., aminoácidos e açúcares) (Furukawa et al., 2019). A teoria da panspermia é, porém, uma "não solução" para o problema da origem, uma vez que as regras da física e da química são universais: a vida teria de ter surgido por algum processo algures.

Na proximidade das dorsais oceânicas, a água do mar reage com rochas ultramáficas (peridotitos) provenientes do manto, produzindo fluidos quentes, redutores e alcalinos, carregados de hidrogénio (H₂) e de carbonato de cálcio (CaCO₃). Em contacto com a água fria do mar, o CaCO₃ precipita, formando chaminés sulcadas por uma fina rede de poros e canais (Figura 37). A natureza ácida e oxidante (em relação aos fluidos) dos mares hádicos causou a precipitação de sulfuretos de Fe e Ni [FeS, Fe(Ni)S] — substâncias semicondutoras com um efeito catalítico em muitas reações químicas orgânicas — que revestiram e compartimentaram os poros das torres de calcite das fontes hidrotermais.

Nestes pequenos poros diferenciaram-se dois tipos de compartimentos barrados por uma fina película de sulfuretos de Fe e Ni: um compartimento com água do mar, mais ácido e rico em CO₂, e um outro, de pH mais alto, preenchido pelo fluxo hidrotermal rico em H₂. O gradiente de pH (i. e., de protões) entre compartimentos isolados por sulfuretos de ferro criou condições para a reação, de outro modo termodinamicamente difícil, entre H₂ e o CO₂, e para a síntese de compostos orgânicos simples reativos, sendo o primeiro deles o formaldeído (H₂CO). O fluxo contínuo de fluido hidrotermal, bem como a concentração de compostos reativos e de energia química em microporos catalíticos, conduziu à síntese de moléculas orgânicas cada vez mais complexas. Experiências em laboratório simulando as condições das fontes hidrotermais hádicas geraram moléculas complexas, como a ribose (Herschy et al., 2014). Não é coincidência que os gradientes de protões através de membranas sejam a base de todo o metabolismo energético dos seres vivos atuais e que as proteínas das cadeias respiratórias contenham centros metálicos de ferro e enxofre. As torres hidrotermais funcionaram, assim, como gigantescos reatores químicos de síntese orgânica, comuns nos fundos oceânicos hádicos onde os peridotitos afloravam abundantemente(Sleep et al., 2011).

Paralelamente, a hipótese do «Mundo de ARN» postula que o ARN precedeu a complexa relação atual entre o ADN e as proteínas, assumindo o duplo papel de catalisador químico e repositório de informação genética (Joyce, 2002). Nos oceanos hádicos, era crucial que estas moléculas alcançassem dimensão suficiente para se tornarem autocatalíticas e estabelecerem interações genéticas com os aminoácidos livres. Recentemente, descobriu-se que o vidro vulcânico catalisa eficazmente a síntese de longas cadeias de RNA a partir de trifosfatos de nucleósidos, gerando polímeros com o comprimento necessário para estarem sujeitos à evolução darwiniana (por seleção natural) (Jerome et al., 2022). Estes trifosfatos de nucleósidos (NTPs) — constituídos por uma base azotada, uma pentose (ribose) e três grupos fosfato — são os blocos de construção universais do material genético. Evidências experimentais sugerem que a Terra primitiva reunia condições para a síntese pré-biótica dos constituintes do RNA — bases azotadas e ribose organizados em trifosfatos de nucleósidos — e também dos aminoácidos (Kim & Kim, 2019; Ménez et al., 2018). É possível que o ARN começasse por «usar»  aminoácidos para estabilizar a sua estrutura ou melhorar a sua capacidade catalítica, que por sua vez terá conduzido à evolução do ribossoma e da relação fundamental «proteínas-ácidos nucleicos» (Noller, 2004). Um passo crucial na génese da vida poderá, então, ter ocorrido nas superfícies de vidro vulcânico, formadas pelo arrefecimento súbito de lavas basálticas em contacto com a água do mar.

Está por explicar uma enormidade de passos desde os compostos orgânicos simples até à célula, mas a evidência aponta para que a vida tenha nascido no mar, dependente de fenómenos geoquímicos (como os gradientes das fontes hidrotermais), e não apenas a partir da precipitação em pequenos charcos de moléculas produzidas na atmosfera (Altair et al., 2025). Aparentemente, a vida auto-organiza-se de forma espontânea a partir de quatro ingredientes comuns por todo o universo: olivina, N₂, CO₂ e água. A vida nasceu da química simples e, provavelmente, é uma experiência comum a todo o universo — «vivemos num caldo de cultura cósmico» (Lane, 2015).

As primeiras formas de vida