RECEITA QUÂNTICA PARA A VIDA

PAUL DAVIES (Nature 06 Oct 2005)

Tradução: Pedro Lourenço Gomes

Um dos mais influentes livros de física do século 20 era, em verdade, sobre biologia. Em uma série de palestras, Erwin Schrödinger descreveu como achava que a mecânica quântica, ou alguma variante dela, logo resolveria o enigma da vida. Essas palestras foram publicadas em 1944 com o título de O Que é a Vida?, e algumas pessoas consideraram-nas como o início da era da biologia molecular.

No século 19, muitos cientistas achavam que conheciam a resposta para a pergunta retórica de Schrödinger. A vida, afirmavam, era algum tipo de matéria mágica. O uso continuado do termo 'química orgânica' é uma reminiscência daquela época. A crença de que existe uma receita química para a vida levou à esperança de que, se nós soubéssemos o que ela é, poderíamos combinar o material certo em um tubo de ensaio e produzir vida no laboratório.

A maior parte da pesquisa em biogênese seguiu essa tradição, supondo que a química era uma ponte - e uma ponte bem comprida - ligando a matéria à vida. Elucidar essa via química tem sido um cobiçado objetivo, instigado pelo famoso experimento de Miller-Urey de 1952, no qual foram criados aminoácidos através da emissão de fagulhas elétricas através de uma mistura de água e gases simples. Mas essa idéia acabou virando um beco sem saída, e o progresso posterior da síntese pré-biótica química tem sido desanimadoramente lento. A origem da vida continua a ser um dos grandes e notáveis mistérios da ciência.

Aceitando-se a sugestão de Schrödinger, uma solução radical para a questão O Que é a Vida? poderia ser que a mecânica quântica permitiu que a vida emergisse diretamente do mundo atômico, sem necessidade de uma complexa química intermediária. A vida deve ter uma base química: as moléculas orgânicas fornecem o hardware para a biologia. Mas, e quanto ao software?

Quando Schrödinger indagou O Que é a Vida?, ele já tinha uma visão da importância fundamental do armazenamento de informação e dos processos de replicação da célula, mesmo que o papel do DNA e o código genético ainda estivessem por ser descobertos. Hoje em dia a célula não é vista como matéria mágica, mas como um computador - um sistema de processamento de informação e de replicação que tem precisão surpreendente.

Quando a vida é vista em termos de processamento de informação o problema toma diferente forma. Os biólogos sempre consideraram que a reprodução - uma das características definidoras da vida - tinha a ver com estruturas replicantes, fossem elas moléculas de DNA ou células inteiras. Mas para dar início à vida, tudo o que se precisa é replicar informação.

A informação pode ser processada no nível quântico várias ordens de magnitude mais rapidamente do que pode ser processada de modo clássico, o que explica a corrida para se construir um computador quântico. Além disso, sistemas quânticos podem fazer uso de fenômenos como superposição, correlação (entanglement) e tunelamento para incrementarem seus desempenhos.

Um replicador quântico não precisa ser um sistema atômico que clona a si próprio. De fato, existe um teorema quântico de não-clonagem que proibe a replicação de funções de onda. Ao invés, o conteúdo de informação de um sistema atômico deve ser copiado de modo a ficar mais ou menos intato - não necessariamente em uma etapa, mas talvez depois de uma seqüência de interações. Essa informação pode muito bem estar em forma binária, fazendo uso da orientação do spin de um elétron ou átomo, por exemplo. Dessa maneira a mecânica quântica fornece uma discretização automática da informação genética.

O que é esse Adão atõmico, esse replicador quântico que gera vida? Confesso que não faço a menor idéia sobre o melhor lugar para se encontrar tal coisa, ainda que eu saiba que não será no quadro da sopa primordial da tradição. Pode até mesmo ser um lugar gelado, tal como um cristal interestelar. Seja onde for, uma vez que uma população de replicadores de informação se estabeleceu, a incerteza quântica forneceu um mecanismo embutido para a variação. Junte um mecanismo de seleção, e o grande jogo darwiniano podia começar.

Como é que, então, surgiu a vida orgânica? A informação pode ser prontamente passada de um meio para outro. Em algum estágio a vida quântica pode ter cooptado grandes moléculas orgânicas para a montagem de um registro de memória. Eventualmente a matéria orgânica assumiria uma vida própria. A perda de velocidade de processamento teria sido compensada por maior complexidade, versatilidade e estabilidade das moléculas orgânicas, o que por sua vez permitiria que a vida orgânica invadisse muitos habitats.

Algo está faltando na explicação até esse momento - complexidade. Replicar um simples bit de informação é uma coisa; gerar e replicar longas concatenações de bits é outra bem diferente. Como a complexidade surge em sistemas quânticos é um assunto ainda em sua infância, mas os princípios envolvidos poderiam ser esclarecidos aplicando-se a teoria da complexidade algorítmica à teoria quântica da informação.

Quando Schrödinger publicou seu livro, os físicos quânticos estavam embevecidos com o sucesso da explicação da natureza da matéria. A vida é, afinal de contas, apenas um estado da matéria, apesar de ser um estado anômalo. Sessenta anos depois, a expecativa de Schrödinger ainda não foi preenchida. Os biólogos moleculares estão contentes com os modelitos baseados em conceitos clássicos. Mas enquanto se apegarem a isso a origem da vida permanecerá um mistério.

Mesmo se não pudermos reconstituir os detalhes precisos do surgimento da vida, conhecer os princípios gerais seria um grande avanço. Provar um teorema quântico-mecânico que coloca uma fronteira na probabilidade de que tal ou qual sistema pode se replicar com uma certa precisão, e evoluir até um nível particular de complexidade, poderia responder à febril indagação da astrobiologia: seria a origem da vida conhecida um acidente peculiar ou seria o resultado esperado de leis intrinsecamente bio-amigáveis da física? Significativas explicações surgiriam da resposta, já que o problema se refere a uma das questões mais profundas da existência: a vida é um fenômeno cósmico ou estamos sozinhos na vastidão do universo?

(Paul Davies é físico, do Centro Australiano de Astrobiologia, Macquarie University, Sydney, e autor de The Origin of Life, Penguin Books, 2003).