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SCHREIBER, U.; LOCKER-GRÜTJEN,O.; MAYER, C. Hypothesis: Origin of Life in Deep-Reaching Tectonic Faults. Orig Life Evol Biosph (2012) 42:47–54. ORIGEM DA VIDA EM FALHAS TECTÔNICAS DE PROFUNDO-ALCANCE Quando e onde se originou a vida? Figura 1: A) Modernos estromatólitos da Austrália. B) Uma das fontes hidrotérmicas no fundo do oceano A B Fonte: www.ib.usp.br/evosite/evo101/IIE2aOriginoflife.shtml Resumo A discussão mundial sobre a origem da vida encontra dificuldades quando se vem estimar as condições da Terra Primitiva e para definir plausíveis ambientes para o desenvolvimento das primeiras moléculas orgânicas complexas. Até agora, o papel da crosta terrestre tem sido de certa forma ignorado. Mas, sistemas abertos profundos, interconectando sistemas de falhas tectônicas, podem fornecer possíveis hábitat de reação para a formação de moléculas pré-bióticas. Um modelo hipotético para a origem da vida é o proposto que será usado para projetar experimentos cruciais para a verificação de um modelo. Uma vez que todos os processos propostos ainda podem ocorrer em falhas tectônicas no tempo presente. Introdução Investigações mais recentes indicam a existência de fontes hidrotermais submarinas; Além disso, estudos recentes suportam a visão de que um grupo de proteínas que era ativo em condições relativamente ácidas também esteve em ambientes quentes. Com base nesses resultados, foi apresentado um modelo para a origem da vida no sistema aberto de falhas tectônicas (principalmente falhas transcorrentes) que servem geoquimicamente como possível hábitat reativo dentro das primeiras estruturas da antiga crosta continental. Sistemas abertos de falhas tectônicas: Principalmente preenchidos com água supercrítica e subcrítica de alta salinidade e gases supercríticos e subcríticos; Existência de elementos necessários; Condições de pressão e temperatura variando periodicamente mudando os valores de pH; Superfícies metálicas, minerais de argila e catalisadores; Radiação cósmica UV; Presença crucial de CO2 quase puro a supercrítico. Na superfície, gases com altas concentrações de CO2 são encontrados em sistemas hidrotermais de baixa temperatura com forte fluxo de gás na crosta continental. Dentro de falhas transcorrentes, um sistema de duas fases formado por CO2 supercrítico (scCO2) em água líquida fornece o meio ambiente para a condensação e polimerização de cianeto de hidrogênio, nucleobases, nucleotídeos e aminoácidos. Além disso a presença de todas as matérias-primas necessárias, como fosfato, condições de pressão e de temperatura variável, sugere-se que scCO2 supercrítico como um solvente não polar pode ter desempenhado um papel importante. Com base nisso, as moléculas pré-bióticas poderiam ter sido condensadas para moléculas de cadeia longa, a partir da qual as primeiras estruturas celulares poderiam ter sido formadas por evolução química. A crosta continental da Terra Primitiva Os crátons da Terra Primitiva eram compostos por muito SiO2; Minerais de Zircão encontrados, continham inclusões de quartzo, Muscovita, feldspato e monazita que são típicos em crostas continental; Formação de falhas verticais transcorrentes era devido a um aumento crítico de tensão; Liberação de gases: CO2, N2, vapor de água, SO2, H2S, H2, NH3 e gases traços. Atividades hidrotermais levaram a um elevado grau de mineralização de quartzo e minérios de sulfetos de Pb, Cu, e Zn, outros metais juntamente com enxofre, fosfato, halogenetos e elementos radioativos. Formação de minerais de Apatita, a qual é uma importante fonte de fosfato (PO4 3-) para a química pré-biótica. A crosta continental da Terra Primitiva Características de falhas transcorrentes O material que flui das profundezas das falhas à superfície dependem de gradientes de temperatura, gases ascendentes e pressão decrescente; Há formação de áreas de vácuo; Promovendo processos de condensação e reações de poli condensação; Formação de polímeros; Falhas tectônicas antigas possuem diques de quartzo; Formação de correntes pizoéletricas; Correntes elétricas + área de vácuo com gás, resulta em descargas elétricas. Características de falhas transcorrentes Síntese da experiência de Miller-Urey Fonte: https://crentinho.wordpress.com/2008/07/15/as-origens-da-vida/ Figura 2: A) Esquema do simulador utilizado por Miller em seu experimento sobre a origem da vida. B) Miller ao lado de seu aparelho. CH4 NH3 H2O H2 Condições comprovadas para a formação de moléculas pré-bióticas A representação básica do ambiente tectônico indica que as condições básicas para a formação de moléculas pré-bióticas em termos das substâncias iniciadoras, condições físico-químicas, mudanças periódicas e compartimentação espacial poderiam ter sido cumpridos dentro da crosta terrestre. O modelo do presente trabalho, destina-se propor um ambiente potencial para estas reações. Modelo proposto Correntes pizoelétricas devido a mineralizaçã o de quartzo. Zona de transição Depende do gradiente geotermal e causas por marés e terremotos, etc. Disponibili zação de espaço no vácuo Ruptura da crosta como resultados de sismo Absorção e transporte de moléculas pré-bióticas em bolha Formação de aminoácidos e nucleobases e outros precursores E sp e ss u ra d a c ro st a (g ra d ie n te d e T v a ri á v e l) Fonte: SCHREIBER, U.; LOCKER-GRÜTJEN,O. e MAYER, C. Figura 3: Parâmetros de um perfil hipotético da crosta com campos de estabilidade de H2O e CO2 em diferentes estados de fase e áreas possíveis para formação de moléculas pré- bióticas. 7. Alta concentração de moléculas pré- bióticas em nanoporos. 6. Enriquecimento de moléculas na parte superior da coluna de água. 5. Liberação de moléculas pré-bióticas na parte superior da coluna de água. 4. Explosão de bolhas em pequenos fragmentos que se acumulam na superfície da água. 3. Bolhas atingindo interface de água-gás 2. Bolhas parcialmente estabilizadas por uma única camada membrana lipídica 1. Bolhas expandindo lentamente 3. Ascensão de CO2 em bolhas em CO2 saturado em H2O. 2.Condensação de moléculas pré-bióticas e ligação de cadeia. 1. Enriquecimento de moléculas. 4. Microbolhas permanecem intactas e podem servir como micro compartimento para enriquecer as moléculas pré-bióticas. 3. Finalização de única camada membrana lipídica. 2.Encolhimento das bolhas. 1. Difusão de CO2 para H2O 3. Ascensão de CO2, bolhas em CO2 subsaturada em H2O 2. Condensação de moléculas pré-bióticas e ligação de cadeia. 1.Enriquecimento de moléculas. Ambientes de reação em cavidades ou microfissuras (nm-cm) E sp e ss u ra d a c ro st a (g ra d ie n te d e T v a ri á v e l) Ascensão a partir do manto superior: scH2O, scN2?, traços de H2, CH4, NH3, gases nobres: He, Ne, etc. Fonte: SCHREIBER, U.; LOCKER- GRÜTJEN,O. e MAYER, C. Figura 4: Seção detalhada do perfil da crosta, relativa ao desenvolvimento de processos postulados que conduzem para o enriquecimento de moléculas pré-bióticas. Zona de transição Depende do gradiente geotermal e causas por marése terremotos, etc. Formação de diques de quartzo Minerais silicatos e superfícies metálicas Conclusão No modelo apresentado, assumiu-se que uma produção contínua de moléculas pré-bióticas ocorreu em grande escala. A partir das inúmeras moléculas que podem ter sido formados, os compostos mais estáveis poderiam ter sido selecionados ao longo de períodos geológicos, levando ao desenvolvimento de uma variedade de protocélulas. Após evolução química, a evolução biológica iniciou-se com a formação de moléculas autorreplicantes em conjunto com as estruturas celulares. Propõe-se também que as condições descritas ainda existem hoje em algumas partes da crosta continental. A detecção de vestígios de química orgânica pré-biótica avançada seria uma das descobertas científicas mais emocionantes na busca da origem da vida biológica. Conclusão Referências Bibliográficas DE Sopa a Células – A Origem da Vida. Disponível em: <http://www.ib.usp.br/evosite/evo101/IIE2aOriginoflife.shtml> Acesso em: 10 Jun. 2016. SCHREIBER, U.; LOCKER-GRÜTJEN,O.; MAYER, C. Hypothesis: Origin of Life in Deep-Reaching Tectonic Faults. Orig Life Evol Biosph (2012) 42:47–54. SCHREIBEr, U. ; C. MAYER, C. Deep Reaching Gas-permeable Tectonic Faults of the Early Earth as Habitats for the Origin of Life. Disponível em: <https://www.uni-due.de/imperia/md/content/fb10_geologie/egu2012- 3495_poster_origin_hp.pdf> Acesso em: 11 Jun. 2016.
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