Um campus montanhoso e verde em Washington, D.C. abriga dois departamentos do Carnegie Institution for Science: o Laboratório Geofísico e o curiosamente chamado Department of Terrestrial Magnetism. Quando a instituição foi fundada, em 1902, medir o campo magnético da Terra era uma necessidade científica premente para os fabricantes de mapas náuticos. Agora, as pessoas que trabalham aqui – pessoas como Bob Hazen – têm preocupações mais fundamentais. Hazen e seus colegas estão usando as “bombas de pressão” da instituição – cilindros de metal do tamanho de caixas de pão que espremem e aquecem minerais às temperaturas e pressões insanamente altas encontradas dentro da terra – para decifrar nada menos do que as origens da vida.
Desta História
Hazen, um mineralogista, está investigando como os primeiros produtos químicos orgânicos – do tipo encontrado nos seres vivos – se formaram e depois se encontraram há quase quatro bilhões de anos. Ele começou essa pesquisa em 1996, cerca de duas décadas depois que os cientistas descobriram fendas hidrotermais no fundo do oceano, onde a água é aquecida a centenas de graus Fahrenheit por rocha derretida. Os respiradouros alimentam estranhos ecossistemas subaquáticos habitados por vermes gigantes, camarões cegos e bactérias comedoras de enxofre. Hazen e seus colegas acreditavam que o complexo ambiente de ventilação de alta pressão – com ricos depósitos minerais e fissuras lançando água quente em água fria – poderia ser onde a vida começou.
Hazen percebeu que poderia usar a bomba de pressão para testar esta teoria. O dispositivo (tecnicamente conhecido como “recipiente de pressão de gás aquecido internamente”) é como uma panela de pressão de cozinha super-alta, produzindo temperaturas superiores a 1.800 graus e pressões até 10.000 vezes superiores às da atmosfera ao nível do mar. (Se algo correr mal, a explosão resultante pode destruir uma boa parte do edifício do laboratório; o operador dirige a bomba de pressão por trás de uma barreira blindada)
Na sua primeira experiência com o dispositivo, Hazen envolveu alguns miligramas de água, um químico orgânico chamado piruvato e um pó que produz dióxido de carbono, tudo numa minúscula cápsula feita de ouro (que não reage com os químicos no interior) que ele próprio tinha soldado. Ele colocou três cápsulas na bomba de pressão a 480 graus e 2.000 atmosferas. E depois ele foi almoçar. Quando ele tirou as cápsulas duas horas depois, o conteúdo tinha se transformado em dezenas de milhares de compostos diferentes. Em experiências posteriores, ele combinou nitrogênio, amoníaco e outras moléculas plausivelmente presentes na terra primitiva. Nessas experiências, Hazen e seus colegas criaram todo tipo de moléculas orgânicas, incluindo aminoácidos e açúcares – o material da vida.
As experiências de Hazen marcaram um ponto de viragem. Antes deles, a pesquisa sobre as origens da vida tinha sido guiada por um cenário traçado em 1871 pelo próprio Charles Darwin: “Mas se (e oh! que grande “se”!) pudéssemos conceber em algum pequeno lago quente, com todo tipo de amônia e sais fosfóricos, luz, calor, eletricidade, etc., presente, que um composto proteico estava quimicamente formado pronto para sofrer mudanças ainda mais complexas….”
Em 1952, Stanley Miller, um estudante de pós-graduação em química da Universidade de Chicago, tentou criar o sonho de Darwin. Miller montou um recipiente com água (representando o oceano primitivo) conectado por tubos de vidro a um que continha amônia, metano e hidrogênio – uma mistura que os cientistas da época pensavam que se aproximava da atmosfera primitiva. Uma chama aqueceu a água, enviando vapor para cima. No frasco da atmosfera, faíscas elétricas simulavam relâmpagos. A experiência foi tão remota que o conselheiro de Miller, Harold Urey, achou que era uma perda de tempo. Mas nos dias seguintes, a água ficou muito vermelha. Miller tinha criado um caldo de aminoácidos.
Quarenta e quatro anos depois, as experiências com bombas de pressão de Bob Hazen mostrariam que não só tempestades de relâmpagos, mas também aberturas hidrotermais potencialmente poderiam ter dado vida. Seu trabalho logo o levou a uma conclusão mais surpreendente: as moléculas básicas da vida, afinal, são capazes de se formar em todos os tipos de lugares: perto de respiradouros hidrotermais, vulcões, até mesmo em meteoritos. Rachando rochas espaciais abertas, astrobiólogos descobriram aminoácidos, combinações semelhantes a açúcares e ácidos gordos, e nucleobases encontradas em RNA e DNA. Então é até possível que alguns dos primeiros blocos de construção de vida na terra vieram do espaço exterior.
Hazen’s achados vieram em um tempo auspicioso. “Alguns anos antes, teríamos sido riscados da comunidade de origem da vida”, diz ele. Mas a NASA, então iniciando seu programa de astrobiologia, estava procurando evidências de que a vida poderia ter evoluído em ambientes estranhos – como em outros planetas ou em suas luas. “A justificação da NASA para ir à Europa, a Titã, a Ganímedes, a Calisto, a Marte”, diz Hazen. Se a vida existe lá, é provável que esteja sob a superfície, em ambientes quentes e de alta pressão.
Back on earth, Hazen diz que em 2000 ele havia concluído que “fazer os blocos básicos de construção da vida é fácil”. Uma pergunta mais difícil: Como é que os blocos de construção certos foram incorporados? Aminoácidos vêm em múltiplas formas, mas apenas alguns são usados por seres vivos para formar proteínas. Como eles se encontraram?
Num canto de janela de um edifício de laboratório no Instituto Carnegie, Hazen está desenhando moléculas em um bloco de notas e esboçando os primeiros passos no caminho para a vida. “Nós temos um oceano prebiótico e no fundo do oceano, você tem rochas”, diz ele. “E basicamente há moléculas aqui que estão flutuando em solução, mas é uma sopa muito diluída.” Para um aminoácido recém formado no oceano primitivo, deve ter sido uma vida solitária. A frase familiar “sopa primordial” soa rico e grosso, mas não era guisado de carne. Era provavelmente só algumas moléculas aqui e lá em um vasto oceano. “Então as chances de uma molécula aqui chocando com este, e então realmente uma reação química acontecendo para formar algum tipo de estrutura maior, é só infinitesimally pequeno,” Hazen continua. Ele acha que as rochas – sejam os depósitos de minério que se amontoam ao redor dos respiradouros hidrotermais ou aqueles que formam uma piscina de maré na superfície – podem ter sido os casamenteiros que ajudaram os aminoácidos solitários a se encontrarem.
Rocks têm textura, seja brilhante e lisa ou escarpada e áspera. As moléculas na superfície dos minerais também têm textura. Os átomos de hidrogênio vagueiam dentro e fora da superfície de um mineral, enquanto os elétrons reagem com várias moléculas nas proximidades. Um aminoácido que se desloca perto de um mineral pode ser atraído para a sua superfície. Pedaços de aminoácidos podem formar uma ligação; formar ligações suficientes e você tem uma proteína.
Voltar no laboratório Carnegie, os colegas de Hazen estão olhando para o primeiro passo nesse cortejo: Kateryna Klochko está a preparar uma experiência que – quando combinada com outras experiências e muita matemática – deve mostrar como certas moléculas se colam aos minerais. Elas aderem firmemente ao mineral, ou uma molécula se prende em apenas um lugar, deixando o resto móvel e assim aumentando as chances de se ligar a outras moléculas?
Klochko consegue sair de uma prateleira, tubos de plástico e os líquidos que ela precisa. “Vai ser muito chato e entediante”, adverte ela. Ela coloca uma pequena quantidade de um mineral em pó em um tubo de plástico de quatro polegadas, depois adiciona arginina, um aminoácido e um líquido para ajustar a acidez. Depois, enquanto uma bolha de gás atravessa a solução, ela espera…por oito minutos. O trabalho pode parecer enfadonho, mas é preciso concentração. “O problema é esse, cada passo é crítico”, diz ela. “Cada um deles, se você cometer um erro, os dados vão parecer estranhos, mas você não vai saber onde cometeu um erro.” Ela mistura os ingredientes sete vezes, em sete tubos. Enquanto ela trabalha, “O Cientista” aparece no rádio: “Nooooobody saaaid it was easyyyy,” canta o vocalista dos Coldplay Chris Martin.
Após duas horas, as amostras vão para um rotador, uma espécie de roda gigante rápida para tubos de ensaio, para misturar toda a noite. Pela manhã, Klochko vai medir a quantidade de arginina que resta no líquido; o resto do aminoácido terá ficado preso às minúsculas superfícies do pó mineral.
Ela e outros pesquisadores vão repetir a mesma experiência com diferentes minerais e diferentes moléculas, repetidamente em várias combinações. O objetivo é que Hazen e seus colegas sejam capazes de prever interações mais complexas, como aquelas que podem ter ocorrido nos primeiros oceanos da Terra.
Quanto tempo levará para passar do estudo de como as moléculas interagem com os minerais para a compreensão de como a vida começou? Ninguém sabe. Para começar, os cientistas nunca se estabeleceram em uma definição de vida. Todos têm uma ideia geral do que é e que a auto-replicação e a passagem de informação de geração em geração são fundamentais. Gerald Joyce, do Instituto de Pesquisa Scripps em La Jolla, Califórnia, brinca que a definição deveria ser “algo como ‘aquilo que é esponjoso'”
O trabalho de Hazen tem implicações além das origens da vida. “Os amino-ácidos-agulha-cristais estão em toda parte no ambiente”, diz ele. Os aminoácidos em seu corpo aderem às articulações de titânio; filmes de bactérias crescem dentro de tubos; em todos os lugares onde proteínas e minerais se encontram, os aminoácidos estão interagindo com os cristais. “É cada pedra, cada solo, cada parede do edifício, cada micróbio que interage com seus dentes e ossos, está em toda parte”, diz Hazen.
Em seu retiro de fim de semana com vista para a Baía de Chesapeake, Hazen, 61 anos, os patos se movimentam em círculos e agitam a água parada. Ele acha que estão a pastorear peixes, um comportamento que ele nunca viu antes. Ele pede à sua mulher, Margee, para vir dar uma vista de olhos: “Há um fenómeno muito interessante a acontecer com os cabeças de búfalo!”
Prateleiras de sala de estar guardam coisas que o casal encontrou por perto: vidro de praia, uma cesta cheia de minerais e cracas fossilizadas, coral e grandes dentes de tubarão branco. Um osso de baleia de 15 milhões de anos, descoberto na praia na maré baixa, está espalhado em pedaços na mesa da sala de jantar, onde Hazen o está limpando. “Era parte de uma baleia viva e respirável quando este era um paraíso tropical”, diz ele.
Hazen traça seu interesse na pré-história até sua infância em Cleveland, crescendo não muito longe de uma pedreira fóssil. “Eu colecionei minha primeira trilobita quando eu tinha 9 ou 10 anos”, diz ele. “Eu só os achava fixes”, diz ele sobre os artrópodes marinhos que se extinguiram há milhões de anos. Depois que sua família se mudou para Nova Jersey, seu professor de ciências do oitavo ano o encorajou a verificar os minerais nas cidades próximas. “Ele me deu mapas e me deu direções e me deu espécimes, e meus pais me levavam para esses lugares”, diz Hazen. “Então eu fiquei viciado.”
Após ter feito uma aula de paleontologia juntos no Massachusetts Institute of Technology, Hazen e Margee Hindle, sua futura esposa, começaram a colecionar trilobitas. Elas agora têm milhares. “Alguns deles são incrivelmente bonitinhos”, diz Hazen. “Este nariz bulboso – você quer abraçá-los.”
Há trilobites por todo o escritório de Hazen e um quarto de hóspedes na cave em Hazens’ Bethesda, Maryland, em casa – eles cobrem as prateleiras e enchem as gavetas e armários de secretária. Há até a arte trilobita dos seus filhos agora adultos, Ben, 34 anos, que está a estudar para ser terapeuta de arte, e Liz, 32 anos, uma professora. “Este é o trilobita mais bonito”, diz ele, chegando a um armário e tirando um Paralejurus. “Como podes não gostar disso?”
Hazen chama-se a si próprio um “coleccionador natural”. Depois que ele e Margee compraram uma moldura que, por acaso, só tinha uma foto de uma banda de metal, eles começaram a comprar outras fotos de bandas de metal; eventualmente eles escreveram uma história de bandas de metal – Homens Musicais – e uma época na América em que quase todas as cidades tinham a sua própria. (Bob toca trompete profissionalmente desde 1966.) Ele também publicou uma coleção de poemas do século 18 e 19 sobre geologia, a maioria dos quais, ele diz, são muito ruins (“E Ó ye rocks! xisto, gneiss, o que quer que você seja/Ye variados estratos, nomes muito difíceis para mim”). Mas o casal tende a não se agarrar às coisas. “Por mais estranho que isto pareça, como colecionador, eu nunca fui aquisitivo”, diz Bob. “Ter sido capaz de segurá-los e estudá-los de perto é realmente um privilégio”. Mas eles não deviam estar em mãos privadas.” É por isso que a Hazen Collection of Band Photographs and Ephemera, ca. 1818-1931, está agora no Museu Nacional de História Americana. Harvard tem a coleção de minerais que começou no oitavo ano, e os Hazens estão em processo de doação de seus trilobitas ao Museu Nacional de História Natural.
Depois de considerar, por algum tempo, como os minerais podem ter ajudado a vida a evoluir, Hazen está agora investigando o outro lado da equação: como a vida estimulou o desenvolvimento dos minerais. Ele explica que havia apenas cerca de uma dúzia de minerais diferentes – incluindo diamantes e grãos de pó de grafite – que eram anteriores ao sistema solar. Outros 50 ou mais se formaram quando o sol se incendiou. Na terra, os vulcões emitiam basalto, e a tectônica de placas fazia minérios de cobre, chumbo e zinco. “Os minerais tornam-se jogadores neste tipo de história épica de estrelas explodindo e formação planetária e o desencadeamento da tectônica de placas”, diz ele. “E então a vida desempenha um papel fundamental.” Ao introduzir oxigênio na atmosfera, a fotossíntese tornou possível novos tipos de minerais-turquesa, azurite e malaquita, por exemplo. Musgos e algas subiram à terra, quebrando rochas e fazendo argila, o que tornou possível plantas maiores, que fizeram solo mais profundo, e assim por diante. Hoje existem cerca de 4.400 minerais conhecidos – mais de dois terços dos quais só surgiram devido à forma como a vida mudou o planeta. Alguns deles foram criados exclusivamente por organismos vivos.
Em todos os lugares que ele olha, diz Hazen, ele vê o mesmo processo fascinante: o aumento da complexidade. “Você vê os mesmos fenômenos repetidamente, em línguas e na cultura material – na própria vida. As coisas complicam-se cada vez mais”. É a complexidade do ambiente de ventilação hidrotérmica – água quente misturada com água fria perto das rochas, e depósitos de minério fornecendo superfícies duras onde aminoácidos recém-formados poderiam se reunir – que o torna um bom candidato como um berço da vida. “Os químicos orgânicos há muito tempo usam tubos de ensaio”, diz ele, “mas a origem da vida usa rochas, usa água, usa atmosfera”. Uma vez que a vida se instala, o fato de o ambiente ser tão variável é o que impulsiona a evolução”. Os minerais evoluem, a vida surge e se diversifica, e junto vêm trilobitas, baleias, primatas e, antes que você perceba, bandas de latão.
Helen Fields escreveu sobre os peixes cabeça de cobra e a descoberta de tecido mole em fósseis de dinossauros para o Smithsonian. Amanda Lucidon está sediada em Washington, D.C.
